專利名稱：：高溫催化分解氧化亞氮(N₂O)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及在載體上含金屬氧化物催化劑存在下，將氧化亞氮(N20)轉(zhuǎn)化成氮?dú)夂脱鯕?。包括催化劑組合物、制備方法和氧化亞氮(N20)分解反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
：氧化亞氮(N20)是一種室溫氣體和臭氧消耗氣體，是制造己二酸和硝酸的副產(chǎn)物。人們己經(jīng)開發(fā)了很多催化劑用于N20的消除和利用，如USA—5,705,136、DEA-A-9，819,882等。由N20(g)—N2(g)+y202(g)+82kJ可知，N20在分解時(shí)會(huì)放出大量的熱。以往研究的催化體系，更注重了在低溫條件下對(duì)N20的分解，而當(dāng)N20分解放出的熱量使溫度超過500'C之后，催化劑就會(huì)失活，不能重復(fù)使用，而在800。C以上時(shí)N20的分解主要是以熱分解為主。因此，人們對(duì)耐高溫的N20分解用催化劑進(jìn)行了研究，但目前關(guān)于這方面的研究還是很少的，如ZL—00804611.5、ZL—01803683.X、USA—6,723,295等。N20在分解時(shí)會(huì)放出大量的熱和氧氣，因此N20被人們用來做NOS(全稱NitrousOxideSystem,即氮?dú)饧铀傧到y(tǒng))，可以在短時(shí)間內(nèi)獲得很高的直線速度，而且隨著航天技術(shù)的進(jìn)步和人們對(duì)環(huán)保的要求，N20被用來代替有毒的火箭推進(jìn)劑。由于N20不會(huì)燃燒也無毒，在航天技術(shù)方面，N20的用處將相當(dāng)廣泛，它不僅可以用于固液發(fā)動(dòng)機(jī)，還可以用于冷氣推進(jìn)、單組元推進(jìn)、雙組元推進(jìn)和電熱推進(jìn)，推力從毫牛級(jí)到牛頓級(jí)以至千牛級(jí)；因?yàn)镹20的分解產(chǎn)物是氧氣和氮?dú)猓瑢⒀鯕馐占饋?，可以供航天員使用，因此，N20還可以作為飛船的氧源；同時(shí)，液態(tài)N20轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)會(huì)吸收大量熱量，也可以作為飛船的冷源。不論N20用在NOS或火箭推進(jìn)劑中，大流量N20分解時(shí)會(huì)放出大量的熱，使溫度可達(dá)到1000'C以上，這就對(duì)催化劑提出了耐高溫的要求，且在低溫下大流量重啟時(shí)依然具有催化分解N20的活性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于解決能經(jīng)受N20分解產(chǎn)生的高溫，且在低溫下依然對(duì)N20的催化分解有高的活性以及催化分解N20的裝置。本發(fā)明可以解決耐高溫分解N20的催化劑問題，通過設(shè)計(jì)催化劑和N20的分解裝置來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明解決了高溫分解N20催化劑的制備方法，包括步驟如下a、將選好的載體，進(jìn)行清潔之后于10014(TC干燥備用；b、將載體置入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，在4080'C時(shí)把配好的活性組分金屬鹽的溶液按比例吸入到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中混合；c、混合攪拌16小時(shí)，之后通過減壓蒸餾將溶劑除掉，得到固體顆粒；d、所得的前體催化劑放到坩堝中，在空氣氣氛中進(jìn)行培燒，培燒程序?yàn)?，第一段在一個(gè)小時(shí)內(nèi)升溫到10020(TC，在此溫度下保持l6h，之后繼續(xù)升溫，在26h內(nèi)升溫到500800°C，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)保持0.54h，之后再在18h內(nèi)升溫到10001300°C，再保持0.52h，最后催化劑再自然狀況下冷卻。所用的載體為Al203、Zr02、Si02、MgO、Ce02等，載體使用前應(yīng)清潔干凈。所選的活性金屬溶液為銅Cu、鐵Fe、鉬Mo、銥Ir、錳Mn、鈷Co、鎳Ni、鉻Cr、釕Ru、鈰Ce、銀Ag和鑭La等金屬離子溶液中的一種或多種。最終活性金屬組分的含量在010%(wt%)。本發(fā)明所制備的耐高溫催化分解N20的催化劑，在不同流量下可以重復(fù)啟活使用。氧化亞氮(N20)分解反應(yīng)器，解決N20低溫啟活和高溫穩(wěn)定分解的間歇進(jìn)行，步驟如下-通過閥1、2和3連接溫度傳感器，進(jìn)行N20分解開始時(shí)，先通過加熱爐絲將低溫助催化劑層加熱到催化分解N20的溫度時(shí)闊1和2打開，N20進(jìn)入反應(yīng)器開始分解，產(chǎn)生的熱量可是高溫主催化劑層的溫度達(dá)到催化N20分解的活性溫度，此時(shí)閥2和3通過溫度傳感器將閥2關(guān)閉同時(shí)將閥3打開，N20氣體將不再經(jīng)過助催化劑層。通過溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)控制三個(gè)閥門的打開順序，使N20通過低溫助催化劑和高溫催化劑組合來實(shí)現(xiàn)N20的間歇的催化分解。本發(fā)明的優(yōu)選方案是催化劑中活性組分為Cu、Ir、Co等，且載體應(yīng)預(yù)熱到一定溫度下再加入活性組分溶液。分解后的尾氣通過氣相色譜來分析其中N20的含量。圖l是氧化亞氮(N20)分解反應(yīng)器裝置圖具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說明，各實(shí)施例所用的試劑均為分析純級(jí)產(chǎn)品。本發(fā)明不僅僅局限于以下實(shí)施例。實(shí)施例一將清潔后的載體4.0克A1203(S12目)，置入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上的梨型燒瓶中，在70'C時(shí)把配好的含有0.1克Cu(N03)2'H20、0.2克Co(N03)yH20和0.2克Ni(N03)rH20活性組分金屬鹽的溶液吸入到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中混合；混合6小時(shí)，之后通過減壓蒸餾將溶劑除掉，得到固體顆粒；所得的固體顆粒放到坩堝中，在空氣氣氛中進(jìn)行培燒，培燒程序?yàn)榈谝欢卧谝粋€(gè)小時(shí)內(nèi)升溫到150°C，在此溫度下保持6h，之后繼續(xù)升溫，在4h內(nèi)升溫到60(TC，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)保持3h，之后再8h內(nèi)升溫到110(TC，保持lh,最后催化劑自然狀況下冷卻。制得催化劑l。實(shí)施例二按照實(shí)施例一的步驟將0.1克Cu(N03)2'H20和0.3克Co(N03)yH20浸漬到3.0克A1203(812目)上，培燒制得催化劑2。實(shí)施例三按照實(shí)施例一的步驟將0.5克Cu(CH3COO)2'H2O、0.5克Co(CH3COO)3'4H20和0.0335克Pd浸漬到10.0克Al203(812目)上，培燒制得催化劑3。實(shí)施例四先將0.5克Cu(N03)4.H20按照實(shí)施例一的方法浸漬到10.0克A1203(812目)上，再將0.1克Co(N03VH20按照實(shí)施例一中所述的步驟浸漬上，制得催化劑4。實(shí)施例五將1.0克Cu(N03)4.H20按照實(shí)施例一的步驟浸漬到10.0克A1203(812目)上制得催化劑5。實(shí)施例六將2.0克Cu(N03)4'H20按照實(shí)施例一的步驟浸漬到10.0克A1203(812目)上制得催化劑6。實(shí)施例七將4.0克Cu(N03)2.H20按照實(shí)施例一的步驟浸漬到10.0克A1203(812目)上制得催化劑7。實(shí)施例八將0.15克Mn(CH3COO)2、禾B0.1克Zn(CH3COO)2按照實(shí)施例一的步驟浸漬到3.0克A1203(812目)上制得催化劑8。實(shí)施例九將0.15克Mn(CH3COO)2和0.035克Ru按照實(shí)施例一的步驟浸漬到4.0克A1203(812目)上制得催化劑9。實(shí)施例十將0.1克Cu(N03)2fl20、0.05克鉬酸銨和0.2克Ni(N03)^H20按照實(shí)施例一的步驟浸漬到4.0克Zr02上制得催化劑10。實(shí)施例十一將0.01克H2IrCl6、0.005克RuCl3禾卩0.1克Cu(N03)2-H20按照實(shí)施例一的步驟浸漬到2.0克Alz03(812目)上制得催化劑ll。實(shí)施例十二采用如下圖的分解裝置來實(shí)現(xiàn)N20的高溫分解，催化劑可以長期使用。闊1、2和3連接溫度傳感器，進(jìn)行N20分解開始時(shí)，先通過加熱爐絲將低溫助催化劑層加熱到催化分解N20的溫度時(shí)閥1和2打開，N20進(jìn)入反應(yīng)器開始分解，產(chǎn)生的熱量可是高溫主催化劑層的溫度達(dá)到催化N20分解的活性溫度，此時(shí)閥2和3通過溫度傳感器將閥2關(guān)閉同時(shí)將閥3打開，N20氣體將不再經(jīng)過助催化劑層，從而避免了高溫使得助催化劑失活。催化劑實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表(一，表示未作測試；X:催化劑在此溫度無活性)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求1.一種制備耐高溫催化分解氧化亞氮(N2O)的催化劑的制備方法和一種氧化亞氮(N2O)分解反應(yīng)器，其特征在于(1)通過以下步驟制得a、將選好的載體，進(jìn)行清潔之后于100～140℃干燥備用；b、將載體置入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，在40～80℃時(shí)把配好的活性組分金屬鹽的溶液按比例吸入到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中混合；c、混合攪拌1～6小時(shí)，之后通過減壓蒸餾將溶劑除掉，得到固體顆粒；d、所得的前體催化劑放到坩堝中，在空氣氣氛中進(jìn)行培燒，培燒程序?yàn)?，第一段在一個(gè)小時(shí)內(nèi)升溫到100～200℃，在此溫度下保持1～6h，之后繼續(xù)升溫，在2～6h內(nèi)升溫到500～800℃，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)保持0.5～4h，之后再在1～8h內(nèi)升溫到1000～1300℃，再保持0.5～2h，最后催化劑再自然狀況下冷卻；該催化劑能夠經(jīng)受氧化亞氮(N2O)分解所產(chǎn)生的1000℃以上高溫，冷卻后低溫依然對(duì)N2O有著很高的催化分解活性；(2)氧化亞氮(N2O)分解反應(yīng)器，通過閥1、2和3連接溫度傳感器，進(jìn)行N2O分解開始時(shí)，先通過加熱爐絲將低溫助催化劑層加熱到催化分解N2O的溫度時(shí)閥1和2打開，N2O進(jìn)入反應(yīng)器開始分解，產(chǎn)生的熱量可是主催化劑層的溫度達(dá)到催化N2O分解的活性溫度，此時(shí)閥2和3通過溫度傳感器將閥2關(guān)閉同時(shí)將閥3打開，N2O氣體將不再經(jīng)過助催化劑層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑活性組分，其特征在于所述的金屬氧化物為銅Cu、錳Mn、鐵Fe、鉬Mo、銥Ir、鈷Co、鎳Ni、鉻Cr、釕Ru、鈰Ce、銀Ag和鑭La中的一種或多種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑載體，其特征在于所述的氧化物載體為三氧化二鋁(A1203)、二氧化鋯(Zr02)、氧化鎂(Mg02)和二氧化硅(Si02)中的一種或多種混合物。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物催化劑，其特征在于活性組分銅Cu、錳Mn、鐵Fe、鉬Mo、銥Ir、鈷Co、鎳Ni、鉻Cr、釕Ru、鈰Ce、銀Ag和鑭La的含量在010%之間進(jìn)行調(diào)變。5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的催化劑，其特征在于催化劑在10020(TC、50080(TC和10001300。C溫度段進(jìn)行培燒。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述N20分解反應(yīng)器，其特征在于通過使用低溫助催化劑和高溫催化劑組合來實(shí)現(xiàn)N20的間歇的催化分解。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述N20分解反應(yīng)器，其特征在于通過溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)三個(gè)閥門的打開順序，使N20通過不同的催化劑進(jìn)行分解。全文摘要本發(fā)明涉及高溫催化分解氧化亞氮(N₂O)的方法，包括氧化亞氮(N₂O)和金屬氧化物催化劑接觸反應(yīng)。目的在于解決能經(jīng)受N₂O分解產(chǎn)生的高溫，且在低溫下依然對(duì)N₂O的催化分解有高的活性以及催化分解N₂O的裝置。本發(fā)明可以解決耐高溫分解N₂O的催化劑問題，通過設(shè)計(jì)催化劑和N₂O的分解裝置來實(shí)現(xiàn)。文檔編號(hào)B01J23/755GK101357336SQ20081012964公開日2009年2月4日申請(qǐng)日期2008年8月3日優(yōu)先權(quán)日2007年8月3日發(fā)明者呂高孟,張小明,索繼栓,羅淑文,騫雷申請(qǐng)人:中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司