способ изготовления катализатора окисления co

Формула изобретения

1. Способ изготовления катализатора окисления СО, используемого в металлических изделиях, включающий нанесение на материал подложки соединения, содержащего каталитически активный компонент - золото, сушку, обработку материала подложки окисляющим раствором и прокалку, отличающийся тем, что в качестве материала подложки используют само металлическое изделие, обработку окисляющим раствором проводят перед нанесением каталитически активного компонента, после чего проводят сушку, и в качестве каталитически активного компонента используют гидрозоль, содержащий ультрадисперсные частицы золота, помещенные в воду и обработанные ультразвуком.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала подложки используют металл на основе железа.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве окисляющего используют раствор NH₄Cl.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения катализаторов и может быть использовано для получения катализаторов окисления окиси углерода, в частности, для удаления CO из выхлопных газов.

Известен способ получения катализатора окисления CO нанесением дисперсионных частиц Au на носитель из оксида металла [1]. Оксид металла получают добавлением раствора щелочи к водному раствору соединения HAuCl₄ и соли металла.

Известен также способ получения катализатора на пористых носителях - органических полимерах пенной структуры с преобладанием открытых пор [2]. В качестве активной компоненты используют смесь оксидов Fe и Au в соотношении Fe : Au = 1 : 99 - 1 : 9. Смесь активных компонентов получают термической обработкой их кислородсодержащих соединений с последующим измельчением продукта до образования частиц размером менее 2 мм, которые смешиваются с исходными компонентами полимера с последующей их полимеризацией и образованием полимера со структурой пенного типа.

Однако данные способы не обеспечивают чистоты получаемого катализатора от ионов щелочных металлов, что ухудшает его каталитические свойства и требует дополнительной отмывки примесей, что усложняет технологический процесс получения катализатора.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения катализаторов на гранулированных носителях на основе Fe₂O₃ [3]. Суспензию активных компонентов получают путем взаимодействия Au или солей HAuCl₄ и Fe(NO₃)₃, которую затем наносят на гранулы, причем соотношение Au и Fe поддерживают в интервале 1 : 999 - 1 : 4. Обработанные таким образом гранулы сушат при 120^oC. Затем гранулы обрабатывают раствором (NH₄)₂CO₃ с последующей прокалкой при 400^oC.

Однако данный способ требует дополнительной операции гранулирования, что усложняет технологический процесс получения катализатора. К недостаткам можно также отнести истираемость и унос во времени катализатора, что сокращает срок его службы. Катализатор, полученный данным способом, требует длительного прогрева до оптимальной температуры конверсии за счет теплопроводности подложки.

Задачей изобретения является увеличение срока службы катализатора и упрощение технологического процесса за счет увеличения адгезионной прочности катализатора к поверхности носителя и исключения его примесей, а также сокращение количества технологических операций по его производству.

Поставленная задача решается способом изготовления катализатора окисления CO, используемого в металлических изделиях, включающим нанесение на материал подложки соединения, содержащего каталитически активный компонент - золото, сушку, обработку материала подложки окисляющим раствором и прокалку, при этом в качестве материала подложки используют само металлическое изделие, обработку окисляющим раствором проводят перед нанесением каталитически активного компонента, после чего проводят сушку, а в качестве каталитически активного компонента используют гидрозоль, содержащий ультрадисперсные частицы золота, помещенные в воду и обработанные ультразвуком. В качестве материала подложки используют металл на основе железа, а в качестве окисляющего используют раствор NH₄Cl.

Использование в качестве подложки самого металлического изделия, основу которого составляет железо, и создание непосредственно на его поверхности слоя гидроксида железа (ржавчины) позволяет сократить количество операций по нанесению оксидного слоя на поверхность изделия и в то же время обеспечивает высокую адгезионную прочность катализатора к поверхности конструкции без дополнительных затрат.

Экспериментально установлено использование для получения катализатора готового гидрозоля, содержащего ультрадисперсные частицы золота, что позволяет избавиться от продуктов реакции восстановления, которые загрязняют катализатор и сокращают срок его службы.

В качестве окисляющего раствора используют соль NH₄Cl, которая при нагревании до 400^oC полностью диссоциирует и улетучивается с поверхности, не оставляя ионных примесей.

Способ осуществляется следующим образом.

Носитель - железное изделие, например проволоку путанку диаметром 0,1 мм, обрабатывают 5%-ным раствором NH₄Cl и содержат во влажной атмосфере 72 - 96 ч до появления на поверхности равномерного слоя ржавчины. После чего носитель подвергают термической обработке (сушке) при 80 - 120^oC в течение 20 мин. Для нанесения частиц Au на носитель готовят гидрозоль Au со средним размером частиц 5,0 - 5,2 нм, концентрацией частиц 0,1 - 1 г металла на 21 л воды, обработанный ультразвуковой мощностью 2 - 10 Вт/см² в течение 10-15 мин. На окисленную поверхность носителя наносят приготовленный гидрозоль, после чего носитель подвергают сушке и обжигу при 400^oC на воздухе.

Таким образом, катализатор, полученный предлагаемым способом, имеет повышенный срок службы за счет высокой адгезионной прочности катализатора к поверхности конструкции в исключении ионных примесей в структуре.

Степень конверсии CO при газовой нагрузке 10³ ч^-1 составляет 95% при 170^oC.

Катализатор имеет низкую температуру вспышки (около 120^oC и сокращенное время прогрева (высокая теплопроводность металлической подложки), что особенно важно при использовании его в составе конструкции каталитических систем нейтрализации отработанных газов автотранспорта.