способ получения катализатора окисления оксида углерода

Формула изобретения

Способ получения катализатора окисления оксида углерода, включающий смешение диоксида марганца и оксида меди одновременно с приготовлением оксида меди при добавлении едкого натрия и медного купороса к суспензии диоксида марганца, добавление связующего вещества бентонитовой глины, формование гранул, сушку, дробление и термообработку, отличающийся тем, что приготовление оксида меди при добавлении едкого натрия и медного купороса к суспензии диоксида марганца проводят в несколько стадий равными долями, причем суммарное время добавления медного купороса составляет 1-3 часа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области очистки газов от вредных примесей и может быть использовано для очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания.

Известен способ получения катализатора окисления оксида углерода, включающий смешение отдельно приготовленных диоксида марганца и оксида меди со связующим бентонитовой глиной, формование гранул, сушку, дробление и термообработку полученных гранул (Авторское свидетельство СССР № 176804, кл. B01J 23/84, 1965).

Недостатком известного способа является низкая каталитическая активность полученного катализатора в окислении оксида углерода.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения катализатора окисления оксида углерода, включающий смешение диоксида марганца и оксида меди со связующим бентонитовой глиной, при этом диоксид марганца смешивают с оксидом меди одновременно с приготовлением последнего при температуре 50-95°C в течение 0,5-3,0 ч, а затем диоксид марганца и оксид меди смешивают со связующим; формование гранул, сушку, дробление и термообработку (Патент РФ № 2083279, кл. B01J 23/889, 37/04 // B01J 23/889, 101:64, опубл. 10.07.1997 г.

Недостатком прототипа является низкая каталитическая активность в окислении оксида углерода.

Техническим результатом (целью изобретения) является повышение каталитической активности катализатора в окислении оксида углерода.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим смешение диоксида марганца и оксида меди одновременно с приготовлением оксида меди при добавлении едкого натрия и медного купороса к суспензии диоксида марганца, добавление связующего вещества бентонитовой глины, формование гранул, сушку, дробление и термообработку, отличающимся тем, что приготовление оксида меди при добавлении едкого натрия и медного купороса к суспензии диоксида марганца проводят в несколько стадий равными долями, причем суммарное время добавления медного купороса составляет 1-3 часа.

Отличие предложенного способа от известного состоит в том, что приготовление оксида меди при добавлении едкого натрия и медного купороса к суспензии диоксида марганца проводят в несколько стадий равными долями, причем суммарное время добавления медного купороса составляет 1-3 часа.

Из научно-технической литературы авторам не известен способ получения катализатора окисления оксида углерода, в котором приготовление оксида меди при добавлении едкого натрия и медного купороса к суспензии диоксида марганца проводят в несколько стадий равными долями, причем суммарное время добавления медного купороса составляет 1-3 часа.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Повышение каталитической активности в окислении оксида углерода при приготовлении оксида меди посредством многостадийного добавления едкого натрия и медного купороса равными долями к суспензии диоксида марганца и суммарном времени добавления медного купороса 1-3 часа обусловлено, вероятно, тем, что по сравнению с известным способом образуется большее количество поверхностных контактов частиц диоксида марганца и оксида меди, которые являются активными каталитическими центрами в реакции окисления оксида углерода. При медленном многостадийном добавлении медного купороса концентрация образующихся частиц оксида меди будет значительно меньше, чем в случае быстрого смешения реактивов по известному способу, где вследствие более высокой концентрации частиц оксида меди имеет место их интенсивное срастание и укрупнение. Поэтому при реализации предлагаемого способа на диоксиде марганца будут адсорбироваться частицы оксида меди более высокой степени дисперсности. Естественно, что после адсорбции процесс укрупнения частиц оксида меди прекращается, что и приводит к образованию значительно большего количества поверхностных контактов частиц диоксида марганца и оксида меди.

Таким образом, предложенный способ позволяет значительно повысить каталитическую активность катализатора в окислении оксида углерода.

Активность катализатора в окислении оксида углерода (А) рассчитывали по формуле:

где v - удельная скорость газовоздушного потока; t - время появления за слоем катализатора оксида углерода с концентрацией 0,1 C₀; C₀ - исходная концентрация оксида углерода; s - сечение слоя катализатора; m - навеска катализатора; M - молекулярная масса оксида углерода;

при следующих условиях: v=0,32 дм³/(мин·см²); C ₀=6,2 мг/дм³; s=3,14 см²; m=7,9 г; M=28 г/моль.

Способ осуществляют следующим образом. При перемешивании готовят водную суспензию диоксида марганца и добавляют в нее едкий натрий. После растворения последнего в суспензию добавляют водный раствор медного купороса. Указанные операции проводят в несколько стадий при добавлении реагентов равными долями при температуре 70-90°C. Суммарное время добавления раствора медного купороса к суспензии диоксида марганца составляет 1-3 ч. Затем суспензию фильтруют и отмывают пасту смеси диоксида марганца и оксида меди от ионов . Полученную пасту смешивают со связующим веществом - бентонитовой глиной, пластифицируют и формуют гранулы на шнек-грануляторе при давлении 3,5-4,5 МПа и температуре 100-120°C. Сформованные гранулы сушат при температуре 60-90°C в течение 10-15 ч, дробят, отсеивают фракцию 1-3 мм и проводят термообработку при 250-350°C в кипящем слое. Состав катализатора: диоксид марганца 50-70% масс., оксид меди 10-30% масс, бентонитовая глина 5-15% масс. примеси 5-10% масс.

Пример 1. В смеситель, снабженный подогревающим и перемешивающим устройствами, заливают 4 дм³ воды, включают перемешивающее устройство и загружают 4 кг пасты диоксида марганца с влажностью 50%. Перемешивание ведут в течение 30 мин до образования однородной водной суспензии. Затем в смеситель добавляют 0,2 кг едкого натрия, включают подогревающее устройство и продолжают перемешивание в течение 15 мин. После растворения едкого натрия, установив в смесителе температуру 90°C и не прекращая перемешивания, в смеситель постепенно в течение 20 мин добавляют 1,4 дм³ раствора медного купороса с концентрацией 240 г/дм³. После добавления медного купороса продолжают перемешивание в течение 30 мин, поддерживая при этом установленную температуру. Затем в смеситель добавляют 0,2 кг едкого натрия, перемешивают в течение 15 мин и постепенно в течение 20 мин добавляют 1,4 дм³ раствора медного купороса с концентрацией 240 г/дм³. После добавления медного купороса продолжают перемешивание в течение 30 мин. Затем в смеситель добавляют 0,2 кг едкого натрия, перемешивают в течение 15 мин и постепенно в течение 20 мин добавляют 1,4 дм³ раствора медного купороса с концентрацией 240 г/дм³ . После добавления медного купороса продолжают перемешивание в течение 30 мин. При трехстадийном добавлении общее количество едкого натрия составило 0,6 кг, общее количество раствора медного купороса с концентрацией 240 г/дм³ составило 4,2 дм ³, суммарное время добавления раствора медного купороса к суспензии диоксида марганца составило 1 час. Полученную суспензию смеси диоксида марганца и оксида меди фильтруют и отмывают пасту от ионов . Отмытую пасту с влажностью 50% в количестве 4 кг загружают в лопастной смеситель, снабженный паровой рубашкой, добавляют 0,3 кг связующего вещества бентонитовой глины и ведут процесс пластификации пасты в течение 1 ч до влажности 32%. На шнековом грануляторе через фильеры с диаметром отверстий 1,1 мм формуют гранулы при давлении 4 МПа и температуре 110°C. Сформованные гранулы сушат при температуре 70°C в течение 15 ч. Высушенные гранулы дробят, отсеивают фракцию 1-3 мм и проводят термообработку в кипящем слое воздухом при температуре 300°C. Полученный катализатор имеет следующий состав: диоксид марганца 64% масс., оксид меди 16% масс., бентонитовая глина 11% масс., примеси - остальное. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 3,9 ммоль/г.

Пример 2. Ведение процесса, как в примере 1, за исключением общего количества добавленного в смеситель едкого натрия, которое составило 0,5 кг, общего количества добавленного в смеситель медного купороса с концентрацией 200 г/дм³, которое составило 4 дм³, количества бентонитовой глины, добавленной в пасту смеси диоксида марганца и оксида меди, которое составило 0,25 кг. Едкий натрий и медный купорос добавили в смеситель в две стадии. Полученный катализатор имеет следующий состав: диоксид марганца 68% масс., оксид меди 14% масс., бентонитовая глина 9% масс., примеси - остальное. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 3,5 ммоль/г.

Пример 3. Ведение процесса, как в примере 2, за исключением того, что едкий натрий и медный купорос добавили в смеситель в четыре стадии. Полученный катализатор имеет следующий состав: диоксид марганца 68% масс., оксид меди 14% масс., бентонитовая глина 9% масс., примеси - остальное. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 3,7 ммоль/г.

Пример 4. Ведение процесса, как в примере 1, за исключением суммарного времени добавления раствора медного купороса к суспензии диоксида марганца, которое составило 3 часа. Полученный катализатор имеет следующий состав: диоксид марганца 64% масс., оксид меди 16% масс., бентонитовая глина 11% масс., примеси - остальное. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 4,2ммоль/г.
Таблица
Способ	Количество стадий	Суммарное время добавления медного купороса	Каталитическая активность, моль/г
Предлагаемый	3	20 мин	1,5
	3	30 мин	2,1
	3	45 мин	2,6
Пример 1	3	1 ч	3,9
	4	2 ч	4,1
	5	3 ч	4,2
Пример 2	2	1 ч	3,5
	3	2 ч	3,8
	4	3 ч	4,0
Пример 3	4	1 ч	3,7
	4	3 ч	3,9
	4	5 ч	4,0
Пример 4	3	3 ч	4,2
	4	5 ч	4,2
Известный (Патент РФ № 2083279	1	10 мин	1,0-2,3

Как следует из данных, представленных в таблице, существенное повышение каталитической активности в окислении оксида углерода наблюдается при суммарном времени добавления раствора медного купороса к суспензии диоксида марганца не менее одного часа. При этом увеличение суммарного времени добавления раствора медного купороса к суспензии диоксида марганца более трех часов, а также увеличение количества стадий более трех не приводит к сколько-нибудь существенному росту каталитической активности. В этой связи использование таких технических приемов как увеличение суммарного времени добавления раствора медного купороса к суспензии диоксида марганца более трех часов, а также увеличение количества стадий более трех представляются нецелесообразным с точки зрения технологичности производственного процесса.

Катализатор, полученный по предлагаемому способу, позволяет проводить более эффективную очистку газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания и даст реальную возможность эффективно решить широкий круг экологических и технологических проблем.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно на повышение каталитической активности катализатора в окислении оксида углерода, а вся совокупность признаков является достаточной для характеристики заявленного технического решения.