用于N2O分解的材料制造技术

本发明专利技术涉及基于掺杂有碱性元素的氧化钴的具有非化学计量尖晶石型晶体结构的材料，其生产方法是通过控制洗涤来沉淀从而获得所述材料，以及所述材料在N2O分解反应中作为高活性催化剂的特定用途。因此，我们理解本发明专利技术属于旨在减少N2O排放的绿色工业领域。O排放的绿色工业领域。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于N2O分解的材料


[0001]本专利技术涉及具有非化学计量的尖晶石型晶体结构的催化剂、通过控制洗涤来沉淀从而获得所述催化剂的生产方法及所述催化剂在N2O分解反应中的特定用途。因此，本专利技术属于旨在减少N2O排放的绿色工业领域。

技术介绍

[0002]一氧化二氮是一种比二氧化碳高298倍的温室气体，其对臭氧层具有毁灭性影响，在对流层中的寿命为100年。工业部门产生了总排放量5％的N2O，据估计，在不久的将来这一部门的排放量可能会增加最多。在工业部门中，硝酸和己二酸生产是N2O排放的主要来源。由于工厂的数量有限，与具有许多分散来源(如生物质燃烧或农业)的其他部门相比，减少排放可能更容易实现。许多己二酸厂已经制定了措施，但硝酸厂的排放非常难减少。
[0003]去除硝酸设备中一氧化二氮的最有效的技术是在氨氧化阶段(二级处理)或其在尾气流中去除(三级处理)之后进行的催化分解过程。有几种商业催化剂可用于二级处理，但它们具有一些缺点，例如灭活性、低耐磨性或由于它们必须承受的高温(750℃至940℃)而导致的活性相烧结。
[0004]三级处理具有不影响硝酸设备主体的巨大优势，因为它是作为尾气处理来实施的。因为尾气中存在其他成分(O2、H2O和可能的NO
x
)可以显着改变催化剂的效率，所以主要的技术问题是开发在相对较低的温度下(250℃至500℃)具有活性并能够在实际工艺条件下运行的催化系统。
[0005]在低温下对N2O分解反应具有活性的催化剂有：用各种金属(Cr、Mn、Fe、Co、Ni或Cu)改性的沸石，用ZnO、CeO2、Al2O3、TiO2或ZrO2负载的贵金属(Rh、Ru、Pd)，水滑石衍生物，尖晶石以及金属氧化物[M.Konsolakis,ACS Catal.2015,5,6397
‑
6421；J.P
é
rez
‑
Ram
í
rez,Appl.Catal.B 44(2003)117
‑
151]。其中，以钴尖晶石为原料的催化剂表现出最好的催化活性以及对O2和H2O最好的抗性。Yan等人[L.Yan,R.Ren,X.Wang,Q.Gao,D.Ji,J.Suo,Catal.Comm.4(2003)505
‑
509；L.Yan,R.Ren,X.Wang,D.Ji,J.Suo,Appl.Catal.B 45(2003)85
‑
90]发表了使用配方ZnxCo1‑
x
Co2O4和MxCo1‑
x
Co2O4(M＝Ni,Mg)的研究，其中T
50
(N2O转化50％所需的温度)分别记录为250℃和220℃。所用的操作条件为15000h
‑1的GHSV(气时空速)和1000ppm的N2O浓度，含10％的O2和5％的H2O。Xu等人[L.Xue,C.Zhang,H.He,Y.Teraoka,Appl.Catal.B 75(2007)167
‑
174]获得了类似的结果(T
50
＝260℃)，其CoCe
0.05
催化剂也在15000h
‑1的空速以及1000ppm N2O、10％O2和3％H2O的浓度下工作。
[0006]碱性元素的添加增强了钴尖晶石Co3O4的催化活性[JP2007054714(A)]。Stelmachowski等人[P.Stelmachowski,G.Maniak,A.Kotarba,Z.Sojka,Catal.Comm.10(2009)1062
‑
1065]报道了在335℃下用K掺杂的钴尖晶石在7000h
‑1以及1500ppm N2O和1％H2O的浓度下工作的转化率为50％，而Xue等人报道了在350℃下的转化率为77％[Li Xue,Changbin Zhang,Hong He,Yasutake Teraoka,Applied Catalysis B：Environmental,第75卷,3
‑
4期,2007,167
‑
174页]。在这些研究中，已经考虑了O2和H2O的存在(即使其浓度高于
实际浓度)，但测试的空速仍然远低于工业上使用的空速。此外，除了用K促进Co3O4催化剂的情况外，没有进行稳定性测试，在这种情况下，催化剂只评估10小时。其他作者也描述了掺杂有其他碱金属(例如Cs)的催化剂的性能，其中掺杂通过浸渍法获得。在实际操作条件下，在进料中添加水会导致使用这些催化剂时N2O转化率的降低[Stelmachowski,Gabriela Maniak,Andrzej Kotarba,Zbigniew Sojka,Catalysis Communications,第10卷,7期,2009,1062
‑
1065页]。
[0007]因此，需要提供在温度低于350℃的实际条件下转化率超过90％的催化剂，以及提供在这些条件下稳定的催化剂。

技术实现思路

[0008]本专利技术涉及一种分子式为Co3O4‑
x/2
A
y
的新材料、其制备方法及其在N2O的分解反应中作为催化剂的用途。
[0009]在第一方面，本专利技术涉及一种材料，其具有通式为Co3O4‑
x/2
A
y
的非化学计量的尖晶石型晶体结构，其中x的值为0.02
‑
0.3，A为碱金属元素，以及y的值为0.06
‑
0.18，A/Co的比值为0.02
‑
0.10；一级粒径相当于5
‑
30nm的微晶尺寸。
[0010]在本专利技术中，“非化学计量的尖晶石”被理解为具有部分还原的尖晶石型氧化钴的立方结构的任何材料，其产生氧空位，通式为Co3O4‑
x/2
A
y
，因为碱元素的存在导致Co
3+
还原为Co
2+
。
[0011]与这些催化剂相关的优点是它们在约100℃的温度下表现出氧的表面解吸，而在200℃至300℃的温度下表现出氧的晶格解吸，因为催化剂中的Co
2+
/Co
3+
比率为0.55至0.80。
[0012]所述材料优选为中孔材料。在本专利技术中，“中孔材料”是指具有主要孔径在2nm至50nm之间的孔的任何材料。
[0013]基于孔体积与比表面积的理想比率，中孔材料的优点是气体可接近催化活性中心。在一个优选的实施例中，所述材料的孔体积为0.2cm3/g至0.4cm3/g，比表面积BET为40m2/g至80m2/g，相对于疏松材料(bulk material)较高，导致了有利于催化活性的高气固接触表面积。
[0014]在另一个优选的实施例中，碱金属元素A为K，x为0.182，y为0.09，
[0015]在另一个优选的实施例中，碱金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种材料，其特征在于，具有通式为Co3O4‑
x/2
A
y
的非化学计量的尖晶石型晶体结构，其中：x的值为0.02
‑
0.3A为碱金属元素，以及y的值为0.06
‑
0.18,A/Cod的比值为0.02
‑
0.10；Co
2+
/Co
3+
的比值为0.55
‑
0.80；一级粒径相当于5
‑
30nm的微晶尺寸。2.根据权利要求1所述的材料，其中，所述材料的比表面积BET为40m2/g
‑
80m2/g。3.根据权利要求1或2所述的材料，其中，所述材料的孔体积为0.2cm3/g
‑
0.4cm3/g。4.根据权利要求1至3中任一项所述的材料，其中，所述材料为中孔材料。5.根据权利要求1至4中任一项所述的材料，其中，所述碱金属元素A为K，x为0.182，y为0.09。6.根据权利要求1至4中任一项所述的材料，其中，所述碱金属元素A为Cs，x为0.235，y为0.15。7.根据权利要求1至6所述的材料的获取方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将钴盐溶解在水中；b)将碱金属盐或...

【专利技术属性】
技术研发人员：安娜，
申请(专利权)人：西班牙高等科研理事会，
类型：发明
国别省市：