專利名稱：一氧化碳氧化凈化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種一氧化碳氧化凈化的方法，屬于一氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)。
技術(shù)背景一氧化碳(CO)排放現(xiàn)已成為嚴(yán)重的環(huán)境問題，含碳燃料不完全燃燒的排放氣、礦井中的氣體等均含有大量的co。其中，汽車尾氣排放的co約占全球co排放的半數(shù)以上。CO是一種易燃、易爆、有毒的氣體污染物。當(dāng)空氣中CO的含量超過30mg/mS時(shí)，可以使 人中毒；當(dāng)含量超過12.5%，就有爆炸的危險(xiǎn)。因此采用CO氧化凈化的方法、將CO轉(zhuǎn)化 為C02，對(duì)消除CO污染有很大的實(shí)際意義。CO的氧化凈化在很多方面都有重要的應(yīng)用意義。如呼吸用氣體凈化器、CO氣體探 測(cè)材料、C02激光器中氣體的純化、封閉體系(飛機(jī)、潛艇、航天器等)中微量CO的去 除。另外，在燃料電池系統(tǒng)中，富氫氣體中CO的優(yōu)先氧化可以避免電池電極的CO中毒。 目前，CO氧化凈化使用較多且效果較好的是貴金屬如鉑、鈀、金等催化劑。Lorna B. Ortiz-Soto等使用Pt-Au/Ti02催化齊U，在被凈化氣體組成為l。/。CO和99。/。空氣，空速為120，000 ml/h'geat的條件下，在8(TC時(shí)可將CO完全氧化為C02; Zhu等將Pd/Ce02-1102用于CO的氧化 凈化，在被凈化氣組成為P/。CO， 1%02和98%八1~，空速為39，000 ml/h'gcat的條件下，在54'C 時(shí)可以完全氧化CO; Wu等將Au/Ti02用于CO的氧化凈化，在氣體組成為1%<30和99%空氣， 空速為20,000h"的條件下，在303K是可以將CO完全轉(zhuǎn)化為CO2。使用貴金屬催化劑雖然可 以較好的去除CO，但貴金屬催化劑有價(jià)格昂貴且原料稀有的缺點(diǎn)，從節(jié)約能源和實(shí)用性角 度考慮，需要研究具有高活性的常規(guī)金屬或其氧化物催化劑。目前使用較多的常規(guī)金屬或其氧化物催化劑是銅或氧化銅催化劑，但該催化劑CO氧化 凈化效果不是很理想，CO完全氧化需要較高的溫度。Zheng等使用50mgCuO/CeO2催化劑， 在被凈化氣體組成為l。/。CO和99。/。的空氣，氣體流速為33.6ml/min的條件下，在14(TC時(shí)可以 達(dá)至UlOO。/oCO轉(zhuǎn)化率。 內(nèi)容發(fā)明本發(fā)明的目的在于提供一種一氧化碳氧化凈化的方法，該方法在較低的溫度下可以完 全將CO氧化為C02。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的， 一種一氧化碳氧化凈化的方法，其特征在于 包括以下過程在溫度0 25(TC及空速10ml/h'geat 400,000ml/h^at的條件下，將相對(duì)濕度0 96。/。的空氣與CO按摩爾比為100: 0.01 5混合的氣體，通過按鈷、鈽和錳的原子摩爾比 為40-100: 1.0-40: 1.0 40的氧化鈷、氧化鈰和氧化錳的混合氧化物催化劑后，將CO氧化 凈化為C02。上述的CO氧化凈化溫度為0~ 150°C 。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)催化劑由鈷、鈰、錳混合氧化物組成，制備催化劑的原料價(jià)格 相對(duì)較低。使用該催化劑氧化凈化一氧化碳，在10ml/h'gcat 400，000ml/h'gcat空速范圍內(nèi)， 在0 15(TC、即較低的溫度下可以獲得較高的CO轉(zhuǎn)化率。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1共沉淀方法制備Co304-Ce02-MnOx催化劑(以制備Co: Ce: Mn=8: 1: 1 (原子摩爾 比)、O.lmol的Co304-Ce02-MnOx催化劑為例)(1) Ce(N03)3禾a Co(N03)2溶液的配制用天平分別準(zhǔn)確稱量4.342g Ce(N03)3-6H20 (O.Olmol)禾n 23.282gCo(N03)2'6H20 (0.08moD,并分別向兩種物質(zhì)中加入少量水直至完 全溶解。(2)Mn(N03)2溶液的稱取用天平準(zhǔn)確稱量質(zhì)量含量為50%的Mn(N03)2溶液3.579g (O.Olmol)。 (3)將三種硝酸鹽溶液均勻混合。(4)取適量的質(zhì)量百分比為10 15%的碳 酸鈉水溶液與配制好的Co、 Ce、 Mn混合溶液并流滴定到pH值在8.5 9.5之間的水中， 同時(shí)不斷的攪拌，攪拌速率約為300r/min。 (5)滴定完畢后，繼續(xù)攪拌4小時(shí)。然后對(duì)沉 淀進(jìn)行洗滌，抽濾。洗滌時(shí)用蒸餾水洗滌三次，伴有攪拌。(6)將洗滌和抽濾后的濾餅放 置在8(TC的恒溫烘箱中干燥24小時(shí)。然后將干燥好的樣品在一定溫度下焙燒5小時(shí)。即 得到Co304-Ce02-MnOx (8: 1: 1)催化劑。將以上述方法制備的Co304-Ce02-MnOx催化劑用于CO的氧化凈化使用常壓固定床石英管反應(yīng)器，石英管反應(yīng)器規(guī)格為010。將上述方法制備的催化劑 200mg、顆粒度為40 60目，裝入反應(yīng)器。再通入組成為CO與空氣摩爾比1: 100、流速 為134ml/min的混合氣。從2(TC開始，每l(TC設(shè)一個(gè)溫度點(diǎn)，直至CO完全被氧化。每個(gè) 溫度點(diǎn)反應(yīng)1小時(shí)。CO轉(zhuǎn)化率的檢測(cè)，采用SP-2100型氣相色譜，5A分子篩柱和GDX-502 柱，甲垸轉(zhuǎn)化爐，TCD和FID進(jìn)行檢測(cè)。在上述條件下，CO氧化凈化的結(jié)果如下2(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率16.1%; 3CTC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為50.9%; 40'C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為98.6%; 50'C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為100%。 實(shí)施例2按實(shí)施例1的催化劑制備步驟，制備Co304-Ce02-MnOx (8: 1: 0.6)催化劑，用該催 化劑進(jìn)行CO氧化凈化，CO氧化條件同實(shí)施例l，其結(jié)果為2(TC時(shí)，(20轉(zhuǎn)化率為9.6%; 30。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為28.5。/。； 40。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為88.0%; 5(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為100%。 實(shí)施例3按實(shí)施例1的催化劑制備步驟，制備Co304-Ce02-MnOx (8: 1: 1.5)催化劑，用該催 化劑進(jìn)行CO氧化凈化，CO氧化條件同實(shí)施例1，其結(jié)果為2(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為10.4%; 30。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為32.8。/。； 40。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為92.5%; 50。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為100%。 實(shí)施例4按實(shí)施例l的催化劑制備步驟，制備C0304-Ce02-MnOx (8: 1: 2)催化劑，用該催化 劑進(jìn)行CO氧化凈化，CO氧化條件同實(shí)施例l,其結(jié)果為20'C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為9.35。/。； 30。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為28.4。/。； 40。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為85.7。/。； 50。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為100。/。。 實(shí)施例5按實(shí)施例1的催化劑制備步驟，制備C0304-Ce(VMn0x (8: 1.5: l)催化劑，用該催化劑進(jìn)行co氧化凈化，co氧化條件同實(shí)施例i，其結(jié)果為2crc時(shí)，co轉(zhuǎn)化率為io.i%;30'C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為34.9。/。； 4(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為97.2%; 5(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為100%。 實(shí)施例6按實(shí)施例1的催化劑制備步驟，制備Co304-Ce02-MnOx (8: 2: 1)催化劑，用該催化 劑進(jìn)行CO氧化凈化，CO氧化條件同實(shí)施例l，其結(jié)果為2(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為15.9。/。； 30。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為43.P/。； 4(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為90.5。/。； 50。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為100%。 實(shí)施例7將混合氣的流速變?yōu)?68ml/min;其他CO氧化凈化條件同實(shí)施例1。使用 Co304-Ce02-MnOx (8: 1: l)催化劑，CO氧化結(jié)果為30。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為12.4%; 40°C 時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為22.1。/。； 5(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為55.9%; 60'C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為86.6%; 70°C 時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為98.7。/。； 80。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為1000/0。 實(shí)施例8將混合氣的流速變?yōu)?00ml/min;其他CO氧化凈化條件同實(shí)施例1。使用 Co304-Ce02-MnOx (8: 1: l)催化劑，CO氧化結(jié)果為:4(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為9.7%; 50°C 時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為24.3。/。； 60。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為51.4。/。； 7(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為76.0。/。； 80°C 時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為92.0。/。； 90。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為98.6。/。； 100'C時(shí)，(30轉(zhuǎn)化率為100%。 實(shí)施例95將混合氣的流速變?yōu)?3.5ml/min;其他CO氧化凈化條件同實(shí)施例1。使用 Co304-Ce02-MnOx (8: 1: l)催化劑，CO氧化結(jié)果為:20。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為100%; 30°C 時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為100。/。； 40。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為100。/。； 50。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為100%。 實(shí)施例10將混合氣的流速變?yōu)?7ml/min;其他CO氧化凈化條件同實(shí)施例1。使用 Co304-Ce02-MnOx (8: 1: l)催化劑，CO氧化結(jié)果為:20'C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為100%; 30°C 時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為100。/。； 40。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為100。/。； 50。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為1000/。。 實(shí)施例11混合氣的組成變?yōu)镃O與空氣摩爾比3: 100;其他CO氧化凈化條件同實(shí)施例7。使用 Co304-Ce02-MnOx (8: 1: l)催化劑，CO氧化結(jié)果為:3CTC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為10.4%; 40。C 時(shí)，(30轉(zhuǎn)化率為23.4%; 50。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為52.7%; 6(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為82.7%; 70°C 時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為98.2。/。； 8(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為100。/0。 實(shí)施例12將混合氣的組成變?yōu)镃O、水蒸氣與空氣摩爾比為1:4: 100;其他CO氧化凈化條件同 實(shí)施例l。使用Co304-CeOrMnOx (8: 1: l)催化劑，CO氧化結(jié)果為5(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化 率為41.9%; 60。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為91.4。/。； 7(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為99.3%; 8(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn) 化率為100%。 實(shí)施例13將混合氣的組成變?yōu)镃O、水蒸氣與空氣摩爾比為1:4: 100;其他CO氧化凈化條件同 實(shí)施例7。使用Co304-CeOrMnOx (8: 1: l)催化劑，CO氧化結(jié)果為5(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化 率為23.9%; 60。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為70.6。/。； 70。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為93.4%; 8(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn) 化率為98.0%; 90。C時(shí)，0)轉(zhuǎn)化率為100%。 實(shí)施例14將混合氣的組成變?yōu)镃O、水蒸氣與空氣摩爾比為2:2: 100;其他CO氧化凈化條件同 實(shí)施例7。使用Co304-Ce02-MnOx (8: 1: 1)催化劑，CO氧化結(jié)果為5(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化 率為32.7%; 6CTC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為80.6。/o; 70。C時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為95.0%; 8(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn) 化率為98.8%; 9(TC時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為100。/。。
權(quán)利要求
1、一種一氧化碳氧化凈化的方法，其特征在于包括以下過程在溫度0～250℃及空速10ml/h·gcat～400,000ml/h·gcat的條件下，將相對(duì)濕度0～96％的空氣與CO按摩爾比為100∶0.01～5混合的氣體，通過按鈷、鈰和錳的原子摩爾比為40～100∶1.0～40∶1.0～40的氧化鈷、氧化鈰和氧化錳的混合氧化物催化劑后，將CO氧化凈化為CO2。
2、 按權(quán)利要求1所述的一氧化碳氧化的方法，其特征在于， 一氧化碳氧化凈化溫度為 0 150°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種一氧化碳氧化凈化的方法，屬于一氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)。該方法包括以下過程在溫度0～250℃及空速10ml/h·g_cat～400,000ml/h·g_cat的條件下，將相對(duì)濕度0～96％的空氣與CO按摩爾比為100∶0.01～5混合的氣體，通過按鈷、鈰和錳的原子摩爾比為40～100∶1.0～40∶1.0～40的氧化鈷、氧化鈰和氧化錳的混合氧化物催化劑后，將CO氧化凈化為CO₂。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用的催化劑原料價(jià)格相對(duì)較低；在相對(duì)較低的溫度下可以將CO氧化凈化成CO₂。
文檔編號(hào)B01J23/889GK101249376SQ20071015046
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日
發(fā)明者源 劉, 強(qiáng) 郭 申請(qǐng)人:天津大學(xué)