способ получения катализатора окисления оксида углерода

Формула изобретения

Способ получения катализатора окисления оксида углерода, включающий смешение диоксида марганца и оксида меди со связующим бентонитовой глиной, формование гранул, сушку, дробление и термообработку, отличающийся тем, что перед стадией формования гранул в катализаторную массу вводят перманганат калия в количестве 1 10 мас. в виде водного раствора.

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 и выбросах промышленных предприятий, для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также для других индустриальных и природоохранных целей.

Известен способ получения катализатора для очистки газовых смесей от токсичных примесей, в частности, от оксида углерода, включающий добавление к виброизмельченному порошку активной окиси алюминия марки А-1 раствора нитрата меди, формование в шнек-грануляторе с диаметром фильеры 2,0-2,5 мм, термообработку полученных гранул при 280-300^oC в течение 3-4 ч с последующей пропиткой раствором нитрата марганца и повторную термообработку (авт. св. СССР N 986482 от 31.03.80 г., кл. В 01 J 23/84, D 01 D 53/36).

Недостатком известного способа является сложность проведения технологического процесса приготовления катализатора, обусловленная необходимостью пропитки термообработанных гранул катализатора раствором нитрата марганца и последующей термообработкой.

Известен также способ получения катализатора окисления оксида углерода из выхлопных или дымовых газов, включающий смешивание оксидов марганца, меди и алюминия в соотношении 7:3:10 в сухом виде, затем добавление воды для образования пастообразной массы и ее проминание длительное время с образованием равномерной массы, проминание последней досуха, формование, сушку полученных гранул и пиролиз при 500-600^oC в течение 1-2 ч с полным удалением воды (патент Японии N 51-48155 от 09.03.72 г., кл. B 01 J 23/84).

Недостатком данного способа являются длительность процесса получения равномерной массы смеси оксидов марганца, меди и алюминия в сухом виде и недостаточно высокая 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, формование гранул, сушку при 60-90^oC в течение 10-15 ч, дробление и термообработку в кипящем слое при отношении объема гранул катализатора к объему подаваемого воздуха 1: (3000-15000) (патент РФ N 2054322 от 01.03.93 г., кл. B 01 J 37/04, B 01 Y 23/84),

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

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим смешение диоксида марганца и оксида меди со связующим бентонитовой глиной, формование гранул, сушку, дробление и термообработку.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что перед стадией формования гранул в катализаторную массу вводят перманганат калия в количестве 1-10 мас.% в виде водного раствора.

Способ осуществляется следующим образом.

Смесь диоксида марганца и оксида меди в виде пасты с влажностью 50-60% смешивают со связующим бентонитовой глиной. В полученную катализаторную массу добавляют перманганат калия в количестве 1-10 мас.% в виде водного раствора. Катализаторную массу пластифицируют и формуют гранулы на шнек-грануляторе при давлении 35-45 атм и температуре 100-120^oC. Сформованные гранулы сушат до содержания влаги не более 20 мас.%, дробят, отсеивают фракцию 1-3 мм и проводят термообработку при 250-350^oC в кипящем слое. Состав катализатора, мас. %: диоксид марганца 50-70, оксид меди 15-30, бентонитовая глина 5-15, перманганат калия 1-10, примеси - остальное.

Пример 1. В лопастной смеситель, снабженный паровой рубашкой, загружают 3,5 кг смеси диоксида марганца и оксида меди в виде пасты с влажностью 50% при соотношении диоксид марганца:оксид меди = 3:1. Добавляют 0,2 кг связующего бентонитовой глины и, включив перемешивающее устройство, добавляют 19,7 г перманганата калия, растворенного в 450 мл воды. Ведут процесс пластификации пасты и формуют гранулы на шнек-грануляторе при давлении 40 атм. и температуре 110^oC через фильеры с диаметром отверстий 1,1 мм. Сформованные гранулы сушат до содержания влаги 20%, дробят, отсеивают фракцию 1-3 мм и проводят термообработку при 300^oC в кипящем слое. Полученный катализатор имеет следующий состав, мас.%: диоксид марганца 61, оксид меди 20, связующее бентонитовая глина 9, перманганат калия 1, примеси - остальное. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 2,10 ммоль/г.

Пример 2. Ведение процесса, как в примере 1, за исключением количества добавленного перманганата калия, которое составило 102,6 г в 1,5 л воды. Полученный катализатор имеет следующий состав, мас.%: диоксид марганца 59, оксид меди 20, связующее бентонитовая глина 9, перманганат калия 5, примеси - остальное. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составил 2,31 ммоль/г.

Пример 3. Ведение процесса, как в примере 1, за исключением количества добавленного перманганата калия, которое составило 216,6 г в 3,0 л воды. Полученный катализатор имеет следующий состав, мас.%: диоксид марганца - 56, оксид меди 19, связующее бентонитовая глина 8, перманганат калия 10, примеси - остальное. Каталитическая активность катализатора в окислении оксида углерода составила 2,42 ммоль/г.

Результаты исследования влияния количества введенного в катализаторную массу перманганата калия перед стадией формования гранул на каталитическую активность в окислении оксида углерода приведены в таблице.

Как следует из данных, приведенных в таблице, наибольшая каталитическая активность в окислении оксида углерода наблюдается для катализатора, для которого количество введенного в катализаторную массу перманганата калия перед стадией формования гранул составляет 1-10 мас.%. При введении в катализаторную массу перманганата калия в количестве менее 1 мас.% каталитическая активность заметно снижается. Введение в катализаторную массу перманганата калия в количестве более 10 мас.% не приводит к сколько-нибудь значительному изменению каталитической активности.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Повышение каталитической активности катализатора в окислении оксида углерода при введении перед стадией формования гранул в катализаторную массу перманганата калия в количестве 1-10 мас.% в виде водного раствора обусловлено, вероятно, следующими причинами. Введенный в виде водного раствора в пасту смеси диоксида марганца, оксида меди и бентонитовой глины перманганат калия в ходе процесса пластификации пасты и снижения ее влажности, кристаллизуясь, равномерно распределяется в объеме катализаторной массы. Далее, при термической обработке перманганат калия разлагается, превращаясь в активный диоксид марганца, который и способствует повышению каталитической активности. При содержании перманганата калия менее 1 мас.% происходит образование недостаточного количества активного диоксида марганца, а увеличение содержания перманганата калия более 10 мас.% не приводит к увеличению каталитической активности, поскольку именно указанное количество перманганата калия (1-10 мас.%) обеспечивает оптимальное соотношение диоксида марганца как основы катализатора, оксида меди и активного диоксида марганца, образовавшегося из перманганата калия при термической обработке, и является причиной образования максимального количества активных каталитических центров.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить катализатор, значительно превосходящий известные в окислении оксида углерода.

Этот катализатор позволит проводить более эффективную очистку газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания, выбросах промышленных предприятий, выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания и даст возможность эффективно решить широкий круг экологических и технологических проблем.

Из изложенного следует, что каждый из признаков предложенной 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 является достаточной для характеристики предлагаемого технического решения.