專利名稱：氮化硼鍍膜金屬網(wǎng)氣相催化或凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化硼鍍膜金屬網(wǎng)氣體催化或凈化的方法，具體地說是一種用鍍有氮化硼鍍膜的金屬網(wǎng)、金屬片來代替鉑、銠、鈀等貴金屬對氣體進行催化或凈化的方法。
目前鉑、銠、鈀及其化合物作為催化劑在化工、化肥、石油裂解等方面應(yīng)用的比較普遍，在使用中存在的主要不足是成本太高，由于催化材料本身價格的昂貴，所以使用范圍受到限制。
氮化硼陶瓷薄膜BN是近幾年開始研究的一種陶瓷薄膜材料。對它的研究是繼人造金剛石薄膜之后人們主要關(guān)注的另一種超硬材料。主要應(yīng)用在機械的耐磨部件上，如軸承、發(fā)動機的汽缸體、活塞及活塞環(huán)的表面耐磨處理。
以往人們只關(guān)心BN的機械性能方面的研究及BN在電子領(lǐng)域內(nèi)可能產(chǎn)生的影響。如我們在95117566.1號及97244949.3號專利申請文件中所公開“金屬陶瓷復(fù)合薄膜發(fā)動機”及“有耐磨催化膜的節(jié)能發(fā)動機”。我們在研制氮化硼陶瓷薄膜發(fā)動機過程中，使用了陶瓷薄膜BN，在研制中發(fā)現(xiàn)氮化硼陶瓷薄膜BN具有很強的化學(xué)催化功能，并進一步研究了氮化硼陶瓷薄膜BN的結(jié)構(gòu)和晶體狀態(tài)等方面的問題，發(fā)現(xiàn)了無機物氮化硼(BN)這種新型陶瓷催化材料以較低的生產(chǎn)成本來代替貴金屬催化劑在化工和汽車發(fā)動機排放廢氣的凈化上應(yīng)用。
氮化硼陶瓷薄膜BN有三種異構(gòu)體h-BN、c-BN、w-BN，從氮化硼陶瓷薄膜BN的相圖及晶體結(jié)構(gòu)我們可知氮化硼陶瓷薄膜BN是有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，插層化合物。使氮化硼陶瓷薄膜BN的內(nèi)表面具有選擇性的收附作用，是氮化硼陶瓷薄膜BN產(chǎn)生催化效應(yīng)的原因。
氮化硼陶瓷薄膜BN具有催化效果，是因氮化硼陶瓷薄膜BN的三種異構(gòu)體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)能夠存貯氧，因而氮化硼陶瓷薄膜BN具有固體酸催化劑的性質(zhì)。從元素周期表位置看，硼元素B是非金屬又是半導(dǎo)體材料，它還應(yīng)具備半導(dǎo)體催化劑的某些特點。
中國汽車檢測中心對鍍膜件和非鍍膜件對汽車排放廢氣中有害氣體凈化作用的檢測數(shù)據(jù)對比如下
催化凈化反應(yīng)機理是當(dāng)反應(yīng)中氧氣過剩時，氧氣分子在氮化硼陶瓷薄膜上被催化激活以單原子氧的形式進入網(wǎng)狀體內(nèi)貯存，反應(yīng)中可燃氣體濃度增大需要氧時，氧原子從網(wǎng)狀體內(nèi)溢出，提高了氧氣的濃度，加快了反應(yīng)速度，從而調(diào)整反應(yīng)中的平衡
象這種具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的無機材料瑩石(主要成份是CaF)就是一種通用催化劑，廣泛應(yīng)于有機反應(yīng)中。不同的是氮化硼陶瓷薄膜BN要制成納米級時，氮化硼陶瓷薄膜的化學(xué)特性才明顯起來。
我們在研究了氮化硼陶瓷薄膜BN結(jié)構(gòu)和它在化學(xué)元素周期表中的位置，可以推斷氮化硼陶瓷薄膜BN的催化作用可在以下領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用1．烷基化反應(yīng)烯烴，氮代烷烴，醇；2．聚合反應(yīng)烯烴及二烯烴，苯二稀和異戊二烯，丁二烯、二甲基丁二烯等、乙烯基醚及酯、不飽和酸及酯、萜烯及其衍生物、不飽和酸及酯、萜烯及其衍生物；3．酯化反應(yīng)苦香族化合物，脂肪族化合物。
4．異構(gòu)化反應(yīng)異構(gòu)烷烴的岐化、飽和烴及不飽和烴的異構(gòu)化、烷基苯的異構(gòu)和烴岐化、稀烴的順一反異構(gòu)化、貝克曼重排、聯(lián)苯胺重排；5．其它硝化、磺化、鹵化一氧化碳加成及裂化。
氮化硼陶瓷薄膜BN的工作溫度在1000℃以上，它又是工程陶瓷，化學(xué)性能穩(wěn)定，對高溫、酸、堿有較強適應(yīng)性，使很多貴金屬催化劑望塵莫及。它價格低廉，是貴金屬價格的千分之一。隨著對氮化硼陶瓷薄膜BN催化新材料的研究，氮化硼陶瓷薄膜BN在今后大化工、大化肥、石油裂化等多種領(lǐng)域都將成為貴金屬催化材料的替代產(chǎn)品。
本發(fā)明的氮化硼鍍膜金屬網(wǎng)氣相催化或凈化方法，是用鍍有氮化硼薄膜的金屬絲或金屬片作為催化凈化材料代替貴金屬鉑、銠、鈀催化凈化材料，用其編織或插接組成網(wǎng)狀氣相催化凈化器，讓反應(yīng)氣體或發(fā)動機排除的廢氣通過該催化凈化器進行化學(xué)反應(yīng)，或發(fā)動機排出廢氣的凈化。
氮化硼鍍膜金屬網(wǎng)氣相催化或凈化方法，包括將鍍有氮化硼薄膜的金屬絲代替貴金屬鉑、銠、鈀催化凈化材料，用其編織在金屬管中組成網(wǎng)狀氣相催化凈化器對氣體進行催化或凈化。
氮化硼鍍膜金屬網(wǎng)氣相催化或凈化方法，包括用鍍有氮化硼薄膜的金屬片作為催化凈化材料代替貴金屬鉑、銠、鈀催化凈化材料，用其插接在金屬管中組成網(wǎng)狀氣相催化凈化器對氣體進行催化或凈化。
氮化硼鍍膜金屬網(wǎng)氣相催化或凈化方法，包括用鍍有氮化硼薄膜的金屬絲或金屬片作為催化凈化材料代替貴金屬鉑、銠、鈀催化凈化材料，用其無規(guī)則地排列在金屬管中組成氣相催化凈化器對氣體進行催化或凈化。
實施例氮化硼陶瓷薄膜BN的最新的制膜技術(shù)是等離子體化學(xué)氣極沉積簡稱PCVD技術(shù)，它是借助于非平衡狀態(tài)下等離子體，使含有薄膜組成原子的氣態(tài)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而在金屬基體上沉積薄膜的一種方法。特別適合于功能材料薄膜和化合物膜的合成。
通常將氣態(tài)物質(zhì)經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成固態(tài)物質(zhì)并沉積在金屬基體上的化學(xué)過程稱為化學(xué)氣相沉積。反應(yīng)通式為
按激活反應(yīng)體系所采用的能量方式不同，可分為熱CVD、PCVD、光CVD和激光CVD等。
PCVD技術(shù)的基本特征
PCVD技術(shù)是通過反應(yīng)氣體放電來制備薄膜，這從根本上改變了反應(yīng)體系的能量供給方式，有效地利用非平衡等離子體的反應(yīng)特征。
我們知道，當(dāng)氣壓為10-2～102Pa時，Te＞＞T即電子溫度要比氣體溫度約高1～2個數(shù)量級。這種熱力學(xué)非平衡狀態(tài)正適合于薄膜技術(shù)。當(dāng)氣體溫度是數(shù)100-500K或更高時，氣體分子的能量狀態(tài)不是很高，薄膜沉積過程所需的分解電離等基本反應(yīng)似乎不致發(fā)生。但同時由于等離子體中的電子溫度高達104K，有足夠的能量通過碰撞過程使氣體分子激發(fā)分解和電離。結(jié)果是產(chǎn)生了大量反應(yīng)活性物種而整個反應(yīng)體系卻仍保持較低溫度。原本在熱力學(xué)平衡狀態(tài)下，需要相當(dāng)高溫度才能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，若利用非平衡等離子體便可在低得多的條件下實現(xiàn)。
工藝過程原料氣B2H6、N2、H2(以H2氣體載氣稀釋到B2H60.1％)。
先將反應(yīng)器抽真空至1.3×10-1Pa以下，然后至于原料氣，氣壓1.3×101～1.3×102Pa范圍，電流10-2(A)，電壓102-103(V)異常輝光放電，放電功率150W，一般控制在100-1um/min量級，薄膜厚度不超過5μm。
具體實施發(fā)動機廢氣凈化器的制作用金屬網(wǎng)40#-200#，材質(zhì)鐵、鋼、合金都可以，在金屬網(wǎng)上用PCVD技術(shù)沉積1-10微米的氮化硼陶瓷薄膜，再將金屬網(wǎng)沖、剪成型，固定在發(fā)動機的排氣口處或排氣管中即可使用。
該凈化器抗震動、抗高溫、抗氧化、抗老化、成本低，是目前代替貴金屬及稀土凈化器的首選催化器。
本發(fā)明的氮化硼鍍膜金屬網(wǎng)氣相催化或凈化方法和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有生產(chǎn)及使用成本低，使用壽命長，凈化效果和貴金屬型、稀土型凈化器一樣，符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，因而，具有很好的推廣使用價值。
權(quán)利要求
1．氮化硼鍍膜金屬網(wǎng)氣相催化或凈化方法，其特征在于用鍍有氮化硼薄膜的金屬絲或金屬片作為催化凈化材料代替貴金屬鉑、銠、鈀催化凈化材料，用其編織或插接組成網(wǎng)狀氣相催化凈化器，讓反應(yīng)氣體或發(fā)動機排除的廢氣通過該催化凈化器進行化學(xué)反應(yīng)，或發(fā)動機排出廢氣的凈化。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的用氮化硼鍍膜金屬網(wǎng)對氣體催化或凈化的方法，其特征在于將鍍有氮化硼薄膜的金屬絲代替貴金屬鉑、銠、鈀催化凈化材料，用其編織在金屬管中組成網(wǎng)狀氣相催化凈化器對氣體進行催化或凈化。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的用氮化硼鍍膜金屬網(wǎng)對氣體催化或凈化的方法，其特征在于鍍有氮化硼薄膜的金屬片作為催化凈化材料代替貴金屬鉑、銠、鈀催化凈化材料，用其插接在金屬管中組成網(wǎng)狀氣相催化凈化器對氣體進行催化或凈化。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的用氮化硼鍍膜金屬網(wǎng)對氣體催化或凈化的方法，其特征在于將鍍有氮化硼薄膜的金屬絲或金屬片作為催化凈化材料代替貴金屬鉑、銠、鈀催化凈化材料，用其無規(guī)則地排列在金屬管中組成氣相催化凈化器對氣體進行催化或凈化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氮化硼鍍膜金屬網(wǎng)氣相催化或凈化方法，是用鍍有氮化硼薄膜的金屬絲或金屬片作為催化凈化材料代替貴金屬鉑、銠、鈀催化凈化材料，用其編織或插接組成網(wǎng)狀氣相催化凈化器，讓反應(yīng)氣體或發(fā)動機排除的廢氣通過該催化凈化器進行化學(xué)反應(yīng)，或發(fā)動機排出廢氣的凈化。本發(fā)明的氮化硼鍍膜金屬網(wǎng)氣相催化或凈化方法和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有成本低，使用壽命長，催化凈化功率高可完全替代貴金屬類催化劑等特點，因而，具有很好的推廣使用價值。
文檔編號B01J37/00GK1238241SQ9811027
公開日1999年12月15日 申請日期1998年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月9日
發(fā)明者鄭魯生 申請人:鄭魯生