一氧化二氮的分解方法技术

本发明专利技术涉及将一氧化二氮（Ｎ↓［２］Ｏ）转化成氮气和氧气的方法，包括Ｎ↓［２］Ｏ与含铁和任选的其它金属的载体催化剂接触反应，其中该催化剂用以下步骤制备：（ａ）任选在粘合剂和润滑剂存在下，用一种铁盐和锆盐溶液与氢氧化锆接触制备一种糊状物；（ｂ）将步骤（ａ）的糊状物形成成型颗粒；（ｃ）干燥步骤（ｂ）的成型颗粒；（ｄ）在温度至少４００℃下，煅烧步骤（ｃ）的干燥成型颗粒；和（ｅ）任选将选自钴、镍、铑、钯、铱、铂、锰、镧和铈的至少一种金属加入步骤（ａ）或加入煅烧步骤（ｄ）的成型颗粒中；还涉及该催化剂在所述方法中的应用。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在载体上的含金属催化剂存在下，将一氧化二氮(N2O)转化成氮气和氧气的方法。本专利技术还包括新型的催化剂组合物和制备这种催化剂组合物的方法。
技术介绍
一氧化二氮是一种温室气体和臭氧消耗气体，是制造己二酸和硝酸的副产物。美国专利No.5705136公开了一种将氧化氮分解成氮气和氧气的方法，该方法包括将氧化氮与混合的氧化催化剂接触反应，其中催化剂含有选自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn的氧化物和它们的混合物的第一种金属氧化物附载在一种金属氧化物载体上，该载体主要含有MgO、CaO、ZnO、TiO2、MoO3-CoO-Al2O3、ZnO-Al2O3、TiO2-MgO、TiO2-Al2O3、TiO2-ZnO、MgO-CuO和MgO-NiO或它们的混合物。美国专利No.5314673公开了一种将N2O转化为氮气和氧气的方法，该方法包括将N2O与附载在锆的底材上主要含有氧化镍和氧化钴的催化剂接触反应。对于能将N2O分解为N2和O2并且本身具有最小的环境影响的催化剂仍然存在着需求。也就是说，它们应当含有容易得到并且无毒的材料，并制造简单、寿命长以及不造成清理问题。该催化剂还应当有一定强度和多孔性。专利技术概述本专利技术提供一种将一氧化二氮(N2O)转化为氮气(N2)和氧气(O2)的方法，该方法包括在能有效分解N2O形成N2和O2的条件下，将N2O与负载在氧化锆上的含金属催化剂接触反应，其中该催化剂含有铁和任选的选自钴、镍、铑、钯、铱、铂、锰、镧和铈的至少一种金属，并且该催化剂用以下步骤制备(a)任选在粘合剂和润滑剂存在下，用一种铁盐和锆盐溶液与氢氧化锆接触制备一种糊状物；(b)将步骤(a)的糊状物形成成型颗粒；(c)干燥步骤(b)的成型颗粒；(d)在温度至少400℃下，煅烧步骤(c)的干燥成型颗粒；和(e)任选将选自钴、镍、铑、钯、铱、铂、锰、镧和铈的至少一种金属加入步骤(a)或加入煅烧步骤(d)的成型颗粒中。在另一个实施方案中，本专利技术提供了一种对一氧化二氮分解有用的催化剂组合物，其中该组合物含有附载在氧化锆成型颗粒上的含金属的催化剂，其中所述的金属包括铁和任选选自钴、镍、铑、钯、铱、铂、锰、镧和铈的至少一种金属，其中该催化剂用以下步骤制备(a)任选在粘合剂和润滑剂存在下，用一种铁盐和锆盐溶液与氢氧化锆接触制备一种糊状物；(b)将步骤(a)的糊状物形成成型颗粒；(c)干燥步骤(b)的成型颗粒；(d)在温度至少400℃下，煅烧步骤(c)的干燥成型颗粒；和(e)任选将选自钴、镍、铑、钯、铱、铂、锰、镧和铈的至少一种金属加入步骤(a)或加入煅烧步骤(d)的成型颗粒中；其中该催化剂成型颗粒的抗碎强度至少为22.2牛顿。详细说明在使用前将氢氧化锆(即Zr(OH)4，有时称为羟基氧化锆或水合锆)粉末在约50-150℃下，优选约100℃下干燥。也能将氢氧化锆掺杂各种元素如Ca、Mg、Si和La，以便在煅烧时维持高表面积。铁和锆盐可选择的范围很广，如羧酸盐、碳酸盐、柠檬酸盐、硝酸盐、草酸盐和氯化物，它们在煅烧时容易分解形成铁和锆的氧化物。虽然优选其它的盐类，但即使是氯化物也能使用，这令人惊讶。也可以含有少量的硫酸盐和磷酸盐，因为这些阴离子在煅烧时有助于维持高表面积。另外，其它化合物如粘合剂和润滑剂也可以加入糊状物中，以便辅助成型过程如挤出成型，以及提供原始强度。铁盐中的铁可以是+2或+3氧化态的，优选+3氧化态的。铁的最小含量为0.5％Fe或硝酸铁在胶溶液中的最小含量为5％。优选在催化剂中铁的浓度为1.5-7％，最优选铁的浓度为约3-4％。本专利技术的方法还包括使用选自常规液体溶剂的一种或多种溶剂，它们在本专利技术的方法中是惰性的并通过干燥(蒸发)和/或通过煅烧时焚烧能很容易除去。这些溶剂包括水；醇类，如甲醇、乙醇和丙醇；酮类，如丙酮和2-丁酮；醛类，如丙醛和丁醛；以及芳族溶剂，如甲苯和苯。水是优选溶剂。在制备步骤(a)的糊状物时溶剂的用量为，所提供的浓度可以使所要成型的颗粒能将其从糊状物中用机械成型，而不至于太易于流动，难以保持其形态或性质，或者变得粘稠和与其它颗粒凝聚。一般，糊状物中的溶剂总量为约10-30％该糊状物的重量。本方法的糊状物也可含有流变控制剂和孔形成剂。流变控制剂包括淀粉、糖、二醇类、多元醇、粉状有机聚合物、石墨、硬脂酸及其酯。孔形成剂包括石墨、聚丙烯或其它有机聚合物粉末、活性炭、炭、淀粉和纤维素粉。变控制剂和孔形成剂(某些物质能同时起到这两个作用)是本
的普通技术人员所公知的，并且在必要时使用，以实现所希望的糊状物的粘度和成型颗粒的多孔性。一般所有这些的存在量为约0.5-20％重量，优选约1-10％该糊状物的重量。然后用该糊状物生产成型的颗粒。挤出成型是优选的成型技术。成型颗粒可以有不同的截面如圆柱的、三瓣的和星形的。在足以形成既不软(柔软)又不易碎的颗粒的条件下将成型的颗粒风干。然后在温度约为400-650℃下，将干的成型颗粒在空气中或在惰性气体如氮气或氩气或其混合物中煅烧。结果得到令人惊讶的坚硬和多孔的铁-锆成型颗粒。该成型颗粒的抗碎强度至少为约22.2牛顿(5磅)。在最后的成型颗粒的干燥和煅烧步骤中，通过挥发和焚烧相结合，将混入糊状物的流变控制剂和孔形成剂从最终的成型颗粒中除去。在本专利技术的一个实施方案中，分解一氧化二氮用的催化金属可以混入步骤(a)的糊状物中，或优选浸渍在煅烧的步骤(d)的成型颗粒上。至少一种金属是选自钴、镍、铑、钯、铱、铂、锰、镧和铈。适宜的催化活性组分源包括有机和无机化合物。优选将无机化合物浸渍在铁-锆成型颗粒上。这些化合物包括Co(NO3)2·6H2O、Ni(NO3)2·6H2O、Rh(NO3)3、Na2PdCl4、IrCl3、H2PtCl6、Pd(NH3)4Cl2、Mn(NO3)2、La(NO3)3-6H2O和Ce(NO3)3·6H2O。催化金属的存在量约为0.1-10重量百分比。优选催化剂组合物含有附载在铁-锆成型颗粒上的镍和钴。镍和钴在该催化剂中的比为约0.5∶1-3∶1。将一氧化二氮与本专利技术的催化剂接触反应。可以用其它气态组分如氮气、氧气、氩气和氦气将一氧化二氮稀释。用硝酸作为氧化剂的己二酸的生产厂的典型的进料气体含有约10体积％的一氧化二氮，然而对己二酸厂产生的一氧化二氮或其它如在生产硝酸时产生的一氧化二氮源，进料比高些或低些都是可行的。来自己二酸厂的一氧化二氮的典型流速在约30000hr-1-40000hr-1之间变化。同样，如同进料气组成一样，也可以采用高些或低些的空速。反应温度取决于许多因素如预热温度、一氧化二氮浓度、催化剂组成等。本专利技术不取决于反应压力。因为用硝酸氧化环己醇/环己酮的混合物生产己二酸时，一氧化二氮作为副产物产生出来，本专利技术提供了一种分解一氧化二氮副产物的简便方法。该方法包括将一氧化二氮与本专利技术的催化剂组合物接触反应。实施例用装在水平操作架上的型号DPS-44R的Imada数字压力计(forcegauge)测定抗碎强度。将一片煅烧的挤出物(长度＞1/8”(3.2mm))垂直放在1/8”(3.2mm)的宽颚(wide jaws)，并增加所施加的压力直至挤出物破碎。记录最高载荷。报告的平均值基于51次实验。实施例1将Fe(NO3)3·9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将一氧化二氮转化为氮气和氧气的方法，包括： 在能有效分解一氧化二氮形成氮气和氧气的条件下，将一氧化二氮与负载在氧化锆上的含金属催化剂接触反应，其中该催化剂含有铁和任选的选自钴、镍、铑、钯、铱、铂、锰、镧和铈的至少一种金属，并且该催化剂用以下步骤制备： （ａ）任选在粘合剂和润滑剂存在下，用一种铁盐和锆盐溶液与氢氧化锆接触制备一种糊状物； （ｂ）将步骤（ａ）的糊状物形成成型颗粒； （ｃ）干燥步骤（ｂ）的成型颗粒； （ｄ）在温度至少４００℃下，煅烧步骤（ｃ）的干燥成型颗粒；和 （ｅ）任选将的至少一种金属化合物加入步骤（ａ）或加入煅烧步骤（ｄ）的成型颗粒中，其中所述金属选自钴、镍、铑、钯、铱、铂、锰、镧和铈。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：PD维尔诺伊，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]