Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

наноструктурированный катализатор для дожигания монооксида углерода

Классы МПК:B01J23/62 с галлием, индием, таллием, германием, оловом или свинцом
B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур
B01J23/644 мышьяк, сурьма или висмут
B01J23/42 платина
B01D53/62 оксиды углерода
B01D53/94 каталитическими способами
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-11-22
публикация патента:

Настоящее изобретение относится к катализаторам из металлов платиновой группы на оксидном носителе, предназначенным для удаления вредных компонентов, в частности газообразного монооксида углерода в выхлопных газах автомобильных двигателей, или для использования в электродах газочувствительных сенсоров, в топливных элементах, работающих на синтез-газе, и в других электрохимических устройствах. Описан наноструктурированный катализатор для дожигания монооксида углерода, содержащий в качестве носителя диоксид олова, легированный оксидом сурьмы в соотношении сурьмы к олову 2 мол.%, и частицы нанокристаллической платины, содержание которой в катализаторе составляет 2 мас.%, при этом оксидный носитель имеет однофазный состав, а осажденные на оксидный носитель частицы нанокристаллической платины имеют размер 3-5 нм. Техническим результатом является получение высокоактивного катализатора для окисления монооксида углерода. 2 пр.

Изобретение относится к катализаторам из металлов платиновой группы на оксидном носителе, предназначенным для удаления вредных компонентов, в частности газообразного монооксида углерода в выхлопных газах автомобильных двигателей или для использования в электродах газо-чувствительных сенсоров, в топливных элементах, работающих на синез-газе, и в других электрохимических устройствах.

Описан катализатор для дожигания монооксида углерода, в котором металлы платиновой группы закрепляются на носителе - легированном сурьмой диоксиде олова. Техническим результатом является получение высокоактивного катализатора для глубокого окисления оксида углерода.

Примерами бесплатиновых катализаторов окисления монооксида углерода в присутствии водорода путем окисления кислородом или воздухом являются селективные катализаторы на основе меди или марганца, включающие в качестве активного компонента CuO-CeO2 или MnO2-CeO 2, с содержанием CuO или MnO2 1-10 мас.% как в массивном виде, так и нанесенные на оксиды алюминия, циркония, кремния, и/или соединения на их основе, или же на графитоподобный углеродный материал.

Например, известно [Авторское свидетельство СССР № 844038, Катализатор для обезвреживания моторных отходящих газов, 1981] на катализатор дожигания отходящих газов, содержащего оксид углерода с нанесением на Al2O3 оксидов кобальта и меди из водного раствора, сушкой и прокаливанием на воздухе. Основным недостатком катализаторов, полученных нанесением активного компонента на подобный носитель, является то, что большинство активных компонентов взаимодействуют с Al2O3 с образованием алюминатов, активность которых ниже, чем исходных оксидов кобальта и меди.

В качестве катализаторов на основе благородных металлов, используют системы, в которых в качестве активного компонента применяется платина, палладий, рутений, родий, иридий преимущественно рутений и платина, нанесенные (в количестве 0,05-5 мас.%) на углеродные носители или оксидные материалы - оксиды алюминия, циркония, церия, кремния и/или соединения на их основе. Чаще всего в качестве благородного металла для тройных катализаторов используется платина. Однако при использовании металлов платиновой группы при воздействии высокотемпературного отходящего газа в течение длительного периода времени платиновые частицы увеличиваются в размере, и, таким образом, удельная площадь поверхности каждой платиновой частицы уменьшается, снижая уровень активности катализатора.

Известен катализатор [Патент РФ № 2386533, Способ получения нанокатализатора окисления оксида углерода, 2008], содержащий 95-98% оксида алюминия и нанасенных на него наночастиц платиновых металлов (2-5%).

Из известных катализаторов близким по совокупности существенных признаков является катализатор, описанный в патенте [Патент США 4136059, Method for producing highly dispersed catalytic platinum, 1979], выбранный в качестве прототипа. Метод приготовления катализатора заключается в нанесении платины на углеродный носитель из коллоидного раствора в присутствии дитионита натрия с последующим восстановлением муравьиной кислотой. К недостаткам таких катализаторов и аналогичным им при применении в коммерческих электрохимических газовых сенсорах CO следует отнести низкую селективность сенсоров CO (отношение чувствительностей SCO/SH2 не превышает 5-8). Применение такого катализатора для окисления монооксида углерода в углекислый газ неэффективно из-за низкой скорости окисления монооксида углерода в диапазоне температур 0-150°C. Кроме того в таких системах наблюдается снижение активной поверхности катализаторов за счет агломерации платиновых частиц.

Для предотвращения эффекта агломерации и повышения селективности катализаторов предлагается использовать в качестве материала носителя для катализатора - легированный диоксид олова. Свойства поверхности SnO2 зависят от условий синтеза, а также от природы и количества легирующих добавок. Эти факторы определяют характер взаимодействия поверхности рабочего электрода с газом. Легирующие добавки способны снижать тенденцию платинового катализатора к агломерации. Наиболее активным окислительным катализатором является Pt, но температура окисления CO составляет 200°C из-за сильной хемосорбции газа на платине при более низких температурах. Важной задачей является создание бифункционального платинового катализатора, который бы обладал эффективностью окисления CO при пониженных температурах.

Технической задачей данного изобретения является получение высокоактивного наноструктурированного катализатора для дожигания монооксида углерода, обладающего высокой удельной поверхностью и эффективностью при использовании его в реакциях окисления монооксида углерода в углекислый газ.

Решение поставленной задачи в предлагаемом наноструктурированном катализаторе для дожигания монооксида углерода достигается за счет того, что нанокатализатор содержит один или несколько каталитически активных металлов платиновой группы (например, Pt или Ru) на электропроводящем оксидном носителе, что обеспечивает высокую каталитическую активность, при этом для получения высокой удельной поверхности электрокатализатора в качестве носителя используют легированный оксидом сурьмы диоксид олова с удельной поверхностью около 60 м2/г, причем содержание оксидного носителя в катализаторе составляет 98 мас.%. Благодаря тому, что оксидный носитель имеет однофазный состав, а соотношение элементов в оксидном носителе Sb/Sn=0.02 обеспечивается высокая электронная проводимость. Средний размер частиц металлов платиновой группы составляет 3-5 нм.

Предлагаемый наноструктурированный катализатор представляет собой наночастицы платины, нанесенные на оксидный носитель, состоящий из диоксида олова, легированного сурьмой.

Синтез наноструктукрированного катализатора проходит в два этапа. На первом этапе методом обратных мицелл синтезируется носитель. Для этого соли металлов SnCl4 и SbCl 3 растворяют в циклогексане, содержащем соответствующее количество сурфактанта (цетилтриметиламмоний бромид (СТАВ), добавляют NaOH и после тщательного перемешивания оставляют на сутки для формирования частиц оксида. Полученные материалы отжигают на воздухе при температуре 400°C.

На втором этапе в состав катализатора вводят платину согласно следующей методике: к оксидному носителю приливают этиленгликоль и диспергируют в ультразвуке. Затем в полученную суспензию добавляют NaOH и перемешивают до полного растворения гидроксида натрия. Затем добавляют прекурсор платины. Полученную смесь при постоянном перемешивании выдерживают при температуре 130°C в инертной атмосфере, затем сушат в вакуумном шкафу при температуре 80°C.

Пример 1.

Наноструктурированный катализатор представляет собой наночастицы платины, нанесенные на оксидный носитель, состоящий из диоксида олова, легированного сурьмой (содержание Pt составляет 2 мас.%, а содержание Sb/Sn=2 мол.%)

Синтез катализатора проходил в два этапа. На первом этапе методом обратных мицелл синтезировали носитель. Для этого соли металлов SnCl4, SbCl3 растворяли в циклогексане, содержащем соответствующее количество сурфактанта (цетилтриметиламмоний бромид (СТАВ), добавляли NaOH до pH=13 и после тщательного перемешивания оставляли на сутки для формирования частиц оксида. Полученные материалы отжигали на воздухе в течение 1 часа при температуре 400°C.

На втором этапе в состав катализатора вводят платину. К 2 г оксидного носителя приливали 500 мл этиленгликоля и диспергировали в ультразвуке. Затем в полученную суспензию добавляли NaOH (до pH~13) и перемешивали до полного растворения гидроксида натрия. Затем добавляли прекурсор платины с расчетом 2 мас.% платины по отношению к массе носителя. Полученную смесь при постоянном перемешивании выдерживали при температуре 130°C в инертной атмосфере, затем сушили в вакуумном шкафу при температуре 80°C в течение 12 часов.

Оксидный носитель, входящий в состав полученного катализатора, обладает рутилоподобной структурой. Содержание платины в нанокатализаторе составляет около 2 мас.%, средний диаметр частиц платины - 3 нм. Удельная активная поверхность катализатора составляет 68 м2/г Pt. Начальная температура окисления CO составляет 80°C, а температура полной конверсии CO 180°C.

Пример 2.

Наноструктурированный катализатор представляет собой наночастицы платины, нанесенные на оксидный носитель, состоящий из диоксида олова, допированного сурьмой был синтезирован методом, описанным в примере 1 и отличался тем, что содержание Pt в катализаторе составило 2,5 мас.%, а содержание Sb в оксидном носителе - 2,5 мол.%.

Оксидный носитель, входящий в состав полученного катализатора, обладает рутилоподобной структурой. Содержание платины на носителе составляет около 2,5 мас.%, средний диаметр частиц платины - 5 нм. Удельная активная поверхность катализатора, определенная по десорбции монооксида углерода составляет 65 м 2/г Pt.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Наноструктурированный катализатор для дожигания монооксида углерода, содержащий в качестве носителя диоксид олова, легированный оксидом сурьмы в соотношении сурьмы к олову 2 мол.%, и частицы нанокристаллической платины, содержание которой в катализаторе составляет 2 мас.%, отличающийся тем, что оксидный носитель имеет однофазный состав, а осажденные на оксидный носитель частицы нанокристаллической платины имеют размер 3-5 нм.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2500469

patent-2500469.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс B01J23/62 с галлием, индием, таллием, германием, оловом или свинцом

Патенты РФ в классе B01J23/62:
способ получения уксусной кислоты -  патент 2463287 (10.10.2012)
способ дегидрирования изопентана и изопентан-изоамиленовых фракций -  патент 2388739 (10.05.2010)
способ реформинга с использованием катализатора высокой плотности -  патент 2388534 (10.05.2010)
каталитическая система и способ восстановления noх -  патент 2386475 (20.04.2010)
катализатор для дегидрирования изопентана и изопентанизоамиленовых фракций и способ его получения -  патент 2377066 (27.12.2009)
катализатор для риформинга нафты и способ каталитического риформинга нафты -  патент 2357799 (10.06.2009)
каталитическая система и способ восстановления nox -  патент 2355470 (20.05.2009)
способ получения олефинов -  патент 2327519 (27.06.2008)
катализатор изодепарафинизации нефтяных фракций и способ его приготовления -  патент 2320407 (27.03.2008)
катализатор для каталитического риформинга бензиновых фракций и способ его приготовления -  патент 2232047 (10.07.2004)

Класс B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур

Патенты РФ в классе B82B3/00:
способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок -  патент 2529604 (27.09.2014)
многослойный композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения -  патент 2529494 (27.09.2014)
способ функционализации углеродных наноматериалов -  патент 2529217 (27.09.2014)
нанокомпонентная энергетическая добавка и жидкое углеводородное топливо -  патент 2529035 (27.09.2014)
способ получения насыщенных карбоновых кислот -  патент 2529026 (27.09.2014)
способ получения катализатора для процесса метанирования -  патент 2528988 (20.09.2014)
способ модифицирования углеродных нанотрубок -  патент 2528985 (20.09.2014)
полимерный медьсодержащий композит и способ его получения -  патент 2528981 (20.09.2014)
композиции матриксных носителей, способы и применения -  патент 2528895 (20.09.2014)
полимерное электрохромное устройство -  патент 2528841 (20.09.2014)

Класс B01J23/644 мышьяк, сурьма или висмут

Класс B01J23/42 платина

Патенты РФ в классе B01J23/42:
дизельный окислительный катализатор с высокой низкотемпературной активностью -  патент 2516465 (20.05.2014)
способ приготовления катализатора для полного окисления углеводородов, катализатор, приготовленный по этому способу, и способ очистки воздуха от углеводородов с использованием полученного катализатора -  патент 2515510 (10.05.2014)
каталитический электрод для спиртовых топливных элементов -  патент 2507640 (20.02.2014)
способ каталитического окисления аммиака -  патент 2499766 (27.11.2013)
катализатор сжигания водорода, способ его получения и способ сжигания водорода -  патент 2494811 (10.10.2013)
способ получения дизельного топлива из твердых синтетических углеводородов, полученных по методу фишера-тропша, и катализатор для его осуществления -  патент 2493237 (20.09.2013)
катализатор окисления для оснащенных дизельным двигателем транспортных средств для перевозки пассажиров, грузов и для нетранспортных работ -  патент 2489206 (10.08.2013)
способ электрохимического получения катализатора pt-nio/c -  патент 2486958 (10.07.2013)
высокопористые пенокерамики как носители катализатора для дегидрирования алканов -  патент 2486007 (27.06.2013)
оксидный катализатор для изомеризации легких бензиновых фракций -  патент 2486005 (27.06.2013)

Класс B01D53/62 оксиды углерода

Патенты РФ в классе B01D53/62:
способ получения продукта для регенерации воздуха -  патент 2518610 (10.06.2014)
катализатор для избирательного окисления монооксида углерода в смеси с аммиаком и способ его получения (варианты) -  патент 2515529 (10.05.2014)
катализатор для избирательного окисления монооксида углерода в смеси с аммиаком и способ его получения -  патент 2515514 (10.05.2014)
способ получения водорода с полным улавливанием co2 и рециклом непрореагировавшего метана -  патент 2509720 (20.03.2014)
усовершенствованный интегрированный химический процесс -  патент 2504426 (20.01.2014)
устройство и способ улавливания co2, основанный на применении охлажденного аммиака, с промывкой водой -  патент 2497576 (10.11.2013)
способ и устройство для отделения диоксида углерода от отходящего газа работающей на ископаемом топливе электростанции -  патент 2495707 (20.10.2013)
системы и способы удаления примесей из сырьевой текучей среды -  патент 2490310 (20.08.2013)
устройство и способ усовершенствованного извлечения со2 из смешанного потока газа -  патент 2486946 (10.07.2013)
способ обработки потока углеводородного газа, имеющего высокую концентрацию диоксида углерода, с использованием бедного растворителя, содержащего водный раствор аммиака -  патент 2485998 (27.06.2013)

Класс B01D53/94 каталитическими способами

Патенты РФ в классе B01D53/94:
фильтр для фильтрования вещества в виде частиц из выхлопных газов, выпускаемых из двигателя с принудительным зажиганием -  патент 2529532 (27.09.2014)
фильтр для поглощения твердых частиц из отработавших газов двигателя с воспламенением от сжатия -  патент 2527462 (27.08.2014)
способ получения каталитического покрытия для очистки газов -  патент 2522561 (20.07.2014)
способ определения состояния восстановителя в баке для восстановителя -  патент 2522234 (10.07.2014)
композиция на основе оксидов циркония, церия и другого редкоземельного элемента при сниженной максимальной температуре восстанавливаемости, способ получения и применение в области катализа -  патент 2518969 (10.06.2014)
способ удаления загрязняющих примесей из отработавшего газа дизельного двигателя -  патент 2517714 (27.05.2014)
способ и каталитическая система для восстановления оксидов азота до азота в отработанном газе и применение каталитической системы -  патент 2516752 (20.05.2014)
дизельный окислительный катализатор с высокой низкотемпературной активностью -  патент 2516465 (20.05.2014)
способ получения наноструктурных каталитических покрытий на керамических носителях для нейтрализации отработавших газов двигателей внутреннего сгорания -  патент 2515727 (20.05.2014)
катализатор очистки выхлопных газов и способ его изготовления -  патент 2515542 (10.05.2014)

Наверх