BG62723B1 - Gold catalyst and its application in fuel components - Google Patents
Gold catalyst and its application in fuel components Download PDFInfo
- Publication number
- BG62723B1 BG62723B1 BG101931A BG10193197A BG62723B1 BG 62723 B1 BG62723 B1 BG 62723B1 BG 101931 A BG101931 A BG 101931A BG 10193197 A BG10193197 A BG 10193197A BG 62723 B1 BG62723 B1 BG 62723B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- catalyst
- gold
- weight
- methane
- concentration
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/48—Silver or gold
- B01J23/52—Gold
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
- C01B3/40—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts characterised by the catalyst
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
- C01B2203/1041—Composition of the catalyst
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
- C01B2203/1041—Composition of the catalyst
- C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
- C01B2203/1041—Composition of the catalyst
- C01B2203/1076—Copper or zinc-based catalysts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
- H01M2004/8684—Negative electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
- Industrial Gases (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
Description
Област на техникатаTechnical field
Изобретението се отнася до златен катализатор за окисляване на въглеводородни горива и до приложението му при производството на горивни елементи.The invention relates to a gold catalyst for the oxidation of hydrocarbon fuels and its application in the production of fuel cells.
Горивните елементи са подходящи за заместването на двигателите с вътрешно горене поради това, че са екологично чисти, не отделят вредни газове и имат по-голяма ефективност и стабилност.Fuel cells are suitable for replacing internal combustion engines because they are environmentally friendly, do not emit harmful gases and have greater efficiency and stability.
Внедряването в масово производство на горивните елементи се забавя по технически и икономически съображения като наличност на подходящото гориво в достатъчни количества и на приемлива цена и липса на катализатор за анодната реакция, който да е активен при ниски температури и да бъде на достъпна цена. Едно от най-подходящите горива е водорода, но неговото добиване е скъп процес, изискващ значително количество енергия.The introduction of mass production of fuel cells is delayed for technical and economic reasons, such as the availability of adequate fuel in sufficient quantities and at an affordable price and the absence of an anode reaction catalyst that is active at low temperatures and affordable. Hydrogen is one of the most suitable fuels, but its extraction is a costly process that requires a considerable amount of energy.
През последните 20 години от разработката на горивните елементи се оказва, че други горива освен водорода, които се считат за подходящи са: въглеводородите, метанола, хидразина и амоняка. След като се установи, че хидразинът е канцерогенен, а амонякът - много скъп, природният газ и метанолът изглеждат най-подходящи поради това, че са евтини и се намират в големи количества.In the last 20 years of the development of the fuel cells, it appears that fuels other than hydrogen that are considered suitable are: hydrocarbons, methanol, hydrazine and ammonia. Once hydrazine has been found to be carcinogenic and ammonia very expensive, natural gas and methanol appear to be the most suitable because they are cheap and in large quantities.
Директните метанолови горивни елементи (ДМГЕ) се считат за най-подходяща система, тъй като те произвеждат електроенергия чрез директно превръщане на метанола на анода на горивния елемент. ДМГЕ са за предпочитане пред горивните елементи, използващи водород, и поспециално в транспорта, където понастоящем на транспорнтните средства е необходимо да бъдат монтирани газови цилиндри с водород под налягане. Сериозна пречка за внедряване в производството на тези горивни елементи се явява реакцията на анода, за която се изисква високо активен катализатор с приемлива цена (ниска себестойност).Direct methanol fuel cells (DMGE) are considered to be the most appropriate system because they generate electricity by directly converting the methanol to the anode of the fuel element. DMGEs are preferable to hydrogen fuel cells and especially in transport, where pressure vehicles need to be fitted to hydrogen gas cylinders. A serious impediment to the introduction into the production of these fuel elements is the reaction of the anode, which requires a highly active catalyst with reasonable cost (low cost).
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
Известно е, че катализаторите на базата на преходните метали, използвани в горивните елемента, се дезактивират много бързо. Катализаторите на базата на платината имат известни предимства, но е невъзможно да се постигне достатъчно висока активност при ниско съдържание на платина. Платиновите катализатори работят добре при температури по-високи στ 200°С, а 5 влагата е каталитична отрова за тях, особено при ниски температури. Това налага горивните елемента да работят при високи температури, което от своя страна ускорява тяхната дезактивация и повишава общата консумация на енергия IQ на устройството.It is known that catalysts based on the transition metals used in the fuel cells are deactivated very quickly. Platinum-based catalysts have some advantages, but it is not possible to achieve sufficiently high activity with low platinum content. Platinum catalysts work well at temperatures higher than στ 200 ° C, and 5 moisture is a catalytic poison for them, especially at low temperatures. This requires the fuel cells to operate at high temperatures, which in turn accelerates their deactivation and increases the overall IQ energy consumption of the unit.
Златото винаги е било считано като слабо активно от химична и каталитична гледна точка в сравнение с металите от платиновата група ι Π ГМ). Публикации в литературата обаче показ5 ват. че когато златото е фино диспергирано върху редуцируеми оксиди, неговата каталитична активност в реакцията на окисление на въглероден оксид при ниски температури рязко се увеличава.Gold has always been considered to be weakly active in chemical and catalytic terms as compared to the metals in the platinum group ι Π GM). However, publications in the literature show 5 watts. that when gold is finely dispersed on reducing oxides, its catalytic activity in the carbon monoxide oxidation reaction at low temperatures increases sharply.
Известен е патент DE 3914294, описващ катализатор, в който златото е нанесено на носител 20 . . железен оксид, които съдържа също алуминиев оксид и/или алумосиликат. Установено е, че този катализатор показва ниска степен на превръщане на въглероден оксид при висока обемна скорост на потока. Катализаторът много лесно се отравя 2$ от влага и серен двуокис.DE 3914294, which describes a catalyst in which gold is deposited on a carrier 20, is known. . iron oxide, which also contains aluminum oxide and / or aluminosilicate. This catalyst has been found to exhibit a low degree of carbon monoxide conversion at high volumetric flow rates. The catalyst is very easy to poison $ 2 of moisture and sulfur dioxide.
В BG 101 490 е описан златен катализатор за окисление на въглероден оксид и въглеводороди, редуциране на азотни оксиди и разлагане на озон, който намира приложение за намаляване 30 на концентрациите на вредните газове, отделяни при работата на бензинови двигатели с вътрешно горене (ДВГ), при разлагане на озон при ниски температури и др.BG 101 490 describes a gold catalyst for the oxidation of carbon monoxide and hydrocarbons, the reduction of nitrogen oxides and the decomposition of ozone, which is used to reduce the 30 concentrations of harmful gases emitted by the operation of internal combustion engines (ICE). during the decomposition of ozone at low temperatures, etc.
Техническа същност на изобретениетоSUMMARY OF THE INVENTION
До този момент не е известен катализатор, които да има висока каталитична активност при ниски температури и приемлива цена.To date, no catalyst known to have high catalytic activity at low temperatures and a reasonable price is known.
4Q Според изобретението катализаторът за директно електрохимично окисляване на въглеводородни горива, метан и метанол се състои от активен комплекс, нанесен на повърхността на порест носител от оксидите на церий, титан и цирконий.4Q According to the invention, the catalyst for the direct electrochemical oxidation of hydrocarbon fuels, methane and methanol consists of an active complex deposited on the surface of a porous carrier by the oxides of cerium, titanium and zirconium.
Активният комплекс на катализатора представлява комплекс на злато и редуцируем оксид от групата на преходните метали. Преходният метал може да бъде мед, хром, кобалт, манган, желязо или комбинация от тези метали. Концентрацията на златото е от 0,1 до 2,5 % тегл. спрямо общата маса на катализатора, за предпочитане по-малко от 1,3 % тегл., концентрацията на реду2 цируемия оксид е от 0,1 до 5 % тегл. спрямо общата маса на катализатора, а общата маса на активните компоненти не трябва да надхвърля 6 % тегл. спрямо общата маса на катализатора.The catalyst active complex is a complex of gold and a reducing oxide of the transition metal group. The transition metal can be copper, chromium, cobalt, manganese, iron, or a combination of these metals. The concentration of gold is from 0.1 to 2.5% by weight. in relation to the total mass of the catalyst, preferably less than 1.3% by weight, the concentration of the reducing oxide is 0.1 to 5% by weight. relative to the total mass of the catalyst, and the total mass of the active components should not exceed 6% by weight. relative to the total mass of the catalyst.
Носителят от смесени оксиди има повърхност от 80 до 400 m2/g и концентрация на цериевия оксид от 30 до 70 % тегл., на титановия оксид от 5 до 25 % тегл. и на циркониевия оксид от 5 до 25 % тегл. спрямо масата на носителя.The mixed oxide carrier has a surface area of 80 to 400 m 2 / g and a cerium oxide concentration of 30 to 70% by weight, of titanium oxide of 5 to 25% by weight. and zirconium oxide from 5 to 25% by weight. relative to the mass of the media.
Златният комплекс се нанася върху носителя по познатите методи: импрегниране, утаяване, съутаяване или комбинация от тези методи. Частиците на активния компонент са нанесени равномерно върху цялата повърхност на носителя. Техният размер трябва да бъде под 40 пт, за предпочитане 20 nm.The gold complex is applied to the carrier by known methods: impregnation, precipitation, co-precipitation or a combination of these methods. The active ingredient particles are applied evenly over the entire surface of the carrier. Their size should be less than 40 nm, preferably 20 nm.
Калцинирането на катализатора става в окислителна среда при температура от 100 до 500°С. Катализаторът работи при температура от 0 до 650°С.The calcination of the catalyst was carried out in an oxidizing medium at a temperature of 100 to 500 ° C. The catalyst was operated at a temperature of from 0 to 650 ° C.
Катализаторът съгласно изобретението намира приложение в следните области на технологията на горивните елементи: при директно електрохимично окисляване на метанол; риформинг на метан; директно електрохимично окисляване на течни въглеводородни горива при температури по-ниски от използваните в настоящия момент, което предотвратява бързото спадане на ефективността на работа на горивния елемент, дължащо се на дезактивацията на електродите вследствие на високите температури; пречистване от замърсяванията (главно от въглероден оксид) на анодното гориво.The catalyst according to the invention is used in the following fields of fuel cell technology: for the direct electrochemical oxidation of methanol; methane reforming; direct electrochemical oxidation of liquid hydrocarbon fuels at temperatures lower than those currently used, which prevents the rapid decline in fuel cell performance due to electrode decontamination due to high temperatures; Purification of pollution (mainly carbon monoxide) by the anode fuel.
Горивните елементи превръщат енергията на електрохимичната реакция в електрически ток. Те се състоят от два електрода с нанесен катализатор върху тях и електролит. На анода се подава газообразно гориво и върху неговата каталитична повърхност протича окислителен процес. Протича процес на пренос на електрон от молекулата на горивото към анода. Така йонизираното гориво преминава през електролита и на повърхността катодът реагира с кислорода, получава обратно отдадените електрони и образува вода. Реакциите на анода и катода са следните:The fuel cells convert the energy of the electrochemical reaction into an electrical current. They consist of two electrodes with a catalyst deposited on them and an electrolyte. Gaseous fuel is supplied to the anode and an oxidation process takes place on its catalytic surface. An electron transfer process takes place from the fuel molecule to the anode. In this way, the ionized fuel passes through the electrolyte and on the surface the cathode reacts with oxygen, receives back electrons and forms water. The anode and cathode reactions are as follows:
Анодна реакция 2Н2 —> 4Н+ + 4еAnodic reaction 2H 2 -> 4H + + 4e
Катодна реакция О2 + 4Н+ + 4е -> Н2О Миграцията на йоните е в резултат на наличието на концентрационен градиент между електродите и електролита. При окисляването на метана се образува водород, който е гориво за електрохимическото окисляване върху анода на горивния елемент:Cathodic reaction O 2 + 4H + + 4e -> H 2 O The migration of ions results from the presence of a concentration gradient between the electrodes and the electrolyte. The oxidation of methane produces hydrogen, which is the fuel for electrochemical oxidation on the anode of the fuel element:
СН, + О = CO, + 2Н,CH, + O = CO, + 2H,
2 2 22 2 2
Изследванията показват, че този процес не протича ефективно върху известните промишлени катализатори. Даже върху най-добрия известен катализатор Pt, нанесена върху активен въглен, не се постига необходимата висока степен на превръщане.Studies show that this process does not proceed efficiently on known industrial catalysts. Even the best known Pt catalyst deposited on activated carbon does not achieve the required high conversion rate.
Горивните елементи за директно превръщане на метанол (ДМГЕ) се считат за най-подходящи, тъй като получаването на електрическа енергия става по пътя на директното превръщане на метанола върху анода на горивния елемент. ДМГЕ е по-подходящ от конвенционалния горивен елемент, използващ водород за гориво, и по-специално при употребата в транспортни средства.Methanol direct conversion fuel elements (DMGE) are considered to be most suitable since electricity is generated by the direct conversion of methanol to the anode of the fuel element. DMGE is more appropriate than the conventional fuel cell using hydrogen for fuel, in particular when used in vehicles.
Директното окисление на метанола се извършва според следната реакция:The direct oxidation of methanol is carried out according to the following reaction:
СН3ОН + Н2О = со2 + 6Н+ + беCH 3 OH + H 2 O = co 2 + 6H + + was
Масовото производство на директния метано.тов горивен елемент се забавя поради неговия по-нисък коефициент на полезно действие в сравнение с този на водород-въздух системите. Основна причина за това се явява незадоволителната каталитична активност на анода в реакцията на окисление на метанола.Mass production of the direct methane fuel element is delayed due to its lower efficiency compared to that of hydrogen-air systems. The main reason for this is the poor catalytic activity of the anode in the methanol oxidation reaction.
Предимства на изобретениетоAdvantages of the invention
Златният катализатор може да се използва при директното електрохимично окисляване на въглеводороди при температури, по-ниски от температурите на тяхното термично разлагане.The gold catalyst can be used in the direct electrochemical oxidation of hydrocarbons at temperatures lower than their thermal decomposition temperatures.
Златният катализатор окислява метанол при температури по-ниски от 100°С.The gold catalyst oxidizes methanol at temperatures below 100 ° C.
Катализаторът е високо ефективен при окислителни процеси. Пълно окисляване на метан и С. до С|2 въглеводороди до водород и въглероден двуокисд се получава дори при условия, подходящи за частично окисляване.The catalyst is highly effective in oxidation processes. Complete oxidation of methane, and C to C | 2 hydrocarbons to hydrogen and carbon dvuokisd is obtained even under conditions suitable for partial oxidation.
Пълното окисляване на метан и С2 до С|2 въглеводороди се получава при температури под 550’С и това удължава живота на горивния елемент.The complete oxidation of methane and C 2 to C 2 hydrocarbons is obtained at temperatures below 550 ° C and this extends the life of the fuel element.
Наличието на влага подобрява окислителната активност на катализатора, което е от значение при преобразуването на въглеводороди при ниски температури.The presence of moisture improves the oxidation activity of the catalyst, which is important in the conversion of hydrocarbons at low temperatures.
Ниското съдържание на злато в катализатора го прави икономически изгоден.The low content of gold in the catalyst makes it economically viable.
Катализаторът съгласно изобретението има изключително висок окислителен капацитет при ниски температури, което го прави подходящ за окисляването на въглеродния оксид, който се образува на анода.The catalyst according to the invention has an extremely high oxidizing capacity at low temperatures, which makes it suitable for oxidizing the carbon monoxide formed on the anode.
Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of carrying out the invention
Пример 1Example 1
Пълно окисление на метан при състав на реакционния газ 0,25 % об. метан и 99,75 % |θ об. въздухComplete oxidation of methane in the composition of the reaction gas 0.25% vol. methane and 99.75% | θ vol. air
8,0 g Co(NO3)2.6H2O и 0,23 g HAuC14.H,0 се разтварят в 300 cm3 дестилирана вода, загрята до 55°С. Предварително изсушени при 120°С, 98 g от смесените оксиди на носителя, се прибавят към сместа при непрекъснато бъркане. Прибавя се 0,1 М разтвор на КОН, докато се постигне pH = 9,0 ± 0,2. Импрегнирането продължава 2 h, след което сместа се филтрува и измива от С1' и8.0 g of Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O and 0.23 g of HAuC1 4 .H, 0 were dissolved in 300 cm 3 of distilled water heated to 55 ° C. Pre-dried at 120 ° C, 98 g of the mixed carrier oxides were added to the mixture with continuous stirring. A 0.1 M KOH solution was added until pH = 9.0 ± 0.2. The impregnation was continued for 2 h, after which the mixture was filtered and washed with Cl 'and
NO'3 йони. Катализаторът се изсушава при 120°С и калцинира при 400°С за 60 min. Така получе ният катализатор съдържа 0,5 % Аи (проба 1). Проби 2, 3, 4, 5 и 6 се подготвят по същия начин, но съдържанието на златото се увеличава съответно до 0,6 %, 0,7 %, 0,8 %, 0,9 % и 1,0 %.NO ' 3 ions. The catalyst was dried at 120 ° C and calcined at 400 ° C for 60 min. The catalyst thus obtained contains 0.5% Ai (sample 1). Samples 2, 3, 4, 5 and 6 are prepared in the same way, but the gold content is increased to 0.6%, 0.7%, 0.8%, 0.9% and 1.0% respectively.
Опитите по пълното окисляване на метан 25 са проведени с шестте проби златен катализатор, получени по указания по-горе начин, в проточен реактор. Проби 1,2 и 3 са изпитани в темпе ратурния интервал от 250 до 500°С, докато проби 4. 5 и 6 са изпитани при температурния интервал от 250 до 600°С, състав на реакционния газ 0.25 % об. метан и 99,75 % об. въздух и обемна скорост (GHSV) на реакционната смес 12000 h‘Experiments on the complete oxidation of methane 25 were carried out with the six gold catalyst samples obtained in the above manner in a flow reactor. Samples 1,2 and 3 were tested at a temperature range of 250 to 500 ° C, while samples 4.5 and 6 were tested at a temperature range of 250 to 600 ° C, composition of the reaction gas 0.25% vol. methane and 99.75% vol. air and volume velocity (GHSV) of the reaction mixture 12000 h '
В реактора се зарежда 1 g катализатор.1 g of catalyst is charged into the reactor.
Определени са степените на превръщане на метана като функция на реакционната температура. Резултатите от изпитанията са представени в таблица 1.The degrees of conversion of methane as a function of the reaction temperature were determined. The test results are presented in Table 1.
След достигане на максималната температура образците се охлаждат в поток от въздух до стайна температура и с цел да се оцени стабилността на катализатора и възпроизводимостта на резултатите изпитанието се повтаря. Резултатите от повторните изпитания са представени в таблица 2.After reaching the maximum temperature, the samples are cooled in a stream of air to room temperature and in order to evaluate the stability of the catalyst and the reproducibility of the results, the test is repeated. The results of the retests are presented in Table 2.
От таблица 1 се вижда, че съществено превръщане на метана се наблюдава при температури по-високи от 400°С, като най-висока ахтивност показва образец 6.Table 1 shows that a significant conversion of methane was observed at temperatures higher than 400 ° C, with the highest rotation rate shown in sample 6.
От таблица 2 се вижда, че при условията на изпитанията катализаторът е стабилен и се наблюдава много добра възпроизводимост на резултатите. Най-висока каталитична активност показва образец 6. Трябва да се отбележи, че след работа при високи температури при повторните изпитания катализаторите показват подобрена каталитична активност.Table 2 shows that under the test conditions the catalyst is stable and very good reproducibility of the results is observed. The highest catalytic activity is shown by sample 6. It should be noted that after working at high temperatures, the catalysts exhibit improved catalytic activity after repeated tests.
Таблица 1.Table 1.
Пълно окисление на метан (0.25 у- метан. 99,75 % въздух)Full oxidation of methane (0.25 y-methane. 99.75% air)
Таблица 2.Table 2.
Изпитание на възпроизводимост: Пълно окисление на метан (0,25 % метан, 99,75 % въздух)Reproducibility test: Full oxidation of methane (0.25% methane, 99.75% air)
Пример 2Example 2
Пълно окисление на метан при състав на реакционния газ 2,5 % об. метан и 97,5 % об. въздухComplete oxidation of methane in the reaction gas composition 2.5% vol. methane and 97.5% vol. air
Опитите по пълното окисляване на метан са проведени с шестте проби златен катализатор, получени по указания в пример 1 начин, в проточен реактор. Проби 1,2 и 3 са изпитани в температурния интервал от 250 до 500°С, докато проби 4, 5 и 6 са изпитани при температурния интервал от 250 до 600°С, състав на реакционния газ 2,5 % об. метан и 97,5 % об. въздух и обемна скорост (GHSV) на реакционната смес 12000 h '. В реактора се зарежда 1 g катализатор.The experiments on complete oxidation of methane were carried out with the six samples of gold catalyst obtained in the manner shown in Example 1 in a flow reactor. Samples 1,2 and 3 were tested in the temperature range from 250 to 500 ° C, while samples 4, 5 and 6 were tested at the temperature range from 250 to 600 ° C, composition of the reaction gas 2.5% vol. methane and 97.5% vol. air and volume velocity (GHSV) of the reaction mixture 12000 h '. 1 g of catalyst is charged into the reactor.
Определени са степените на превръщане на метана като функция на реакционната температури. Резултатите от изпитанията се представени в таблица 3.The degrees of conversion of methane as a function of reaction temperatures were determined. The test results are presented in Table 3.
След достигане на максималната температура образците се охлаждат в поток от въздух до стайна температура и с цел да се оцени стаAfter reaching the maximum temperature, the samples are cooled in a stream of air to room temperature and in order to evaluate
Пълно окисление на метан при състав на реакционния газ 2.5 билността на катализатора и възпроизводимостта на резултатите изпитанието се повтаря. Резултатите от повторните изпитания са представени в таблица 4.Complete oxidation of methane in the reaction gas composition 2.5. The catalyst stability and reproducibility of the results are repeated. The results of the retests are presented in Table 4.
От таблица 3 се вижда, че съществено превръщане на метана се наблюдава при температури по-високи от 400°С, като най-висока активност показва образец 6.Table 3 shows that a significant conversion of methane was observed at temperatures higher than 400 ° C, with the highest activity shown in sample 6.
Увеличението на концентрацията на метана 10 10 пъти от 0.25 (пример 1) до 2,5 % об. не изменя съществено степента на превръщането на .метана.The increase in the concentration of methane 10 10 times from 0.25 (example 1) to 2.5% vol. does not significantly change the degree of conversion of .methane.
От таблица 4 се вижда, че при условията на изпитанията катализаторът е стабилен и се 15 наблюдава много добра възпроизводимост на резултатите. Най-висока каталитична активност доказва образец 6. Трябва да се отбележи, че след работа при високи температури при повторните изпитания катализаторите показват подобреа каталитична активност.Table 4 shows that under the test conditions the catalyst is stable and 15 very good reproducibility of the results is observed. The highest catalytic activity is demonstrated by sample 6. It should be noted that after working at high temperatures, the catalysts exhibit improved catalytic activity after repeated tests.
Таблица 3.Table 3.
°0 об. метан и 97,5 % об. въздух° 0 vol. methane and 97.5% vol. air
Таблица 4.Table 4.
Изпитание на възпроизводимост на проба 6: Пълно окислениена метан (2.5 % об. метан и 97.5 % об. въздух)Sample Reproducibility Test 6: Fully oxidized methane (2.5% vol. Methane and 97.5% vol. Air)
Пример 3Example 3
Пълно окисление на метан при съдържание на метан в реакционния газ 25 % об.Complete oxidation of methane with methane content in the reaction gas 25% vol.
Опитите по пълното окисляване на метан са проведени с проба 4 златен катализатор, получена съгласно посочения в пример 1 начин, в проточен реактор в температурния интервал от 250 до 600°С и обемна скорост (GHSV) на реакционната смес 12000 h'1. В реактора се зарежда 1 g катализатор. Използвани са следните състави на реакционната смес:The experiments on complete oxidation of methane were carried out with sample 4 gold catalyst prepared according to the method described in example 1 in a flow reactor at a temperature range of 250 to 600 ° C and a volume rate (GHSV) of the reaction mixture 12000 h ' 1 . 1 g of catalyst is charged into the reactor. The following compositions of the reaction mixture were used:
(а) 25 % об. метан, 15,8 % об. О2 и баланс азот (б) 25 % об. метан, 3,9 % об. О2 и баланс азот(a) 25% vol. methane, 15.8% vol. O 2 and nitrogen balance (b) 25% vol. methane, 3.9% vol. O 2 and nitrogen balance
Определени са степените на превръщане на метана и селективностите спрямо СО2 и СО като функция на реакционната температура. Резултатите от изпитанията със смес (а) са представени в таблица 5.Are determined the degrees of conversion of methane and selectivity to CO2 and CO as a function of the reaction temperature. The results of the tests with mixture (a) are shown in Table 5.
След достигане на максималната темпе5 ратура образците се охлаждат в поток от въздух до стайна температура и с цел да се оцени стабилността на катализатора и възпроизводимостта на резултатите, изпитанието се повтаря. Резултатите от повторните изпитания са представени в таблица 10 5.After reaching the maximum temperature, the samples are cooled in a stream of air to room temperature and in order to assess the stability of the catalyst and the reproducibility of the results, the test is repeated. The results of the retests are presented in Table 10 5.
От таблица 6 се вижда, че върху златния катализатор протича почти пълно окисляване на метана до СО2 даже при отношение О2:СН4 = 1:1,06 (реакционна смес (б)), което показва, 15 че даже при условия, благоприятни за частично окисляване, протича процес на пълно окисляване.From Table 6 it can be seen that almost complete oxidation of methane to CO 2 occurs on the gold catalyst even at the ratio O 2 : CH 4 = 1: 1.06 (reaction mixture (b)), showing 15 that even under conditions, favorable for partial oxidation, a complete oxidation process takes place.
Реакция с реакционна смес (а)Reaction with reaction mixture (a)
Таблица 5.Table 5.
Реакция с реакционна смес (б)Reaction with reaction mixture (b)
Таблица 6.Table 6.
Пример 4Example 4
Пълно окисление на метанолComplete oxidation of methanol
Опитите по пълното окисляване на метанол 45 са проведени с проби 2 и 5 златен катализатор, получени съгласно посочения в пример 1 начин, в проточен реактор в температурния интервал от 50 до 100°С, състав на реакционния газ 6,5 % об. метанол и 93,5 % об. въздух и обемна скорост 50 (GHSV) на реакционната смес 20000 h В реактора се зарежда 1 g катализатор.The experiments on the complete oxidation of methanol 45 were carried out with samples 2 and 5 of the gold catalyst obtained according to the method described in example 1 in a flow reactor in the temperature range from 50 to 100 ° C, composition of the reaction gas 6.5% vol. methanol and 93.5% vol. air and volume velocity 50 (GHSV) of the reaction mixture 20000 h 1 g of catalyst is charged into the reactor.
Определени са степените на превръщане на метанола като функция на реакционната температура. Резултатите от изпитанията, представени в таблица 7, показват, че проба 5, която съдържа по-висока концентрация на злато, превъзхожда останалите по каталитичната си активност.The degrees of conversion of methanol as a function of reaction temperature were determined. The test results presented in Table 7 show that sample 5, which contains a higher concentration of gold, outperforms the rest in catalytic activity.
Таблица 7.Table 7.
Пълно окисляване на метанолComplete oxidation of methanol
Пример 5Example 5
Сравнение на каталитичните свойства на златен и платинов катализатор в реакцията на окисляване на метанолComparison of the catalytic properties of gold and platinum catalysts in the methanol oxidation reaction
Опитите по пълното окисляване на метанол върху платинов и златен (проба 1), получен по указания в пример 1 начин, катализатори, са проведени в проточен реактор в температурния интервал от 50 до 100°С, състав на реакционния газ 10,5 % об. метанол и 89,5 % об. въздух и обемна скорост (GHSV) на реакционната смес 10 60000 h1. В реактора се зарежда 1 g катализатор.Experiments on the complete oxidation of methanol to platinum and gold (sample 1), prepared as described in Example 1, catalysts, were carried out in a flow reactor in the temperature range from 50 to 100 ° C, reaction gas composition 10.5% vol. methanol and 89.5% vol. air and volume velocity (GHSV) of the reaction mixture 10 60000 h 1 . 1 g of catalyst is charged into the reactor.
Независимо, че платиновият катализатор съдържа 3 °0 тегл. Pt или 6 пъти по-голямо количество метал от златния, както се вижда от таблица 8, каталитичната активност на златния 15 катализатор при температури по-ниски от 100°С е значително по-висока.Although the platinum catalyst contains 3 ° 0 wt. Pt or 6 times as much metal as gold, as can be seen from Table 8, the catalytic activity of the gold 15 catalyst at temperatures below 100 ° C is significantly higher.
Таблица 8.Table 8.
Сравнение на каталитичната активност на Au u Pt катализатор в реакцията на окисляване на метанолComparison of the catalytic activity of Au u Pt catalyst in the methanol oxidation reaction
Пример 6Example 6
Сравнение на каталитичните свойства на златен и платинов катализатор в реакцията на окисляване на COComparison of the catalytic properties of gold and platinum catalysts in the oxidation reaction of CO
Опитите по окисляване на метанол са на платинов (3 % тегл.) и златен (проба 1), полученAttempts to oxidize methanol are platinum (3% by weight) and gold (sample 1) obtained
Таблица 9.Table 9.
Сравнение на каталитичната активност на Au u Pt катализатор в реакцията на окисляване на COComparison of the catalytic activity of Au u Pt catalyst in the oxidation reaction of CO
Патентни претенцииClaims
Claims (10)
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG101931A BG62723B1 (en) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | Gold catalyst and its application in fuel components |
AU91479/98A AU9147998A (en) | 1997-09-29 | 1998-09-29 | Gold catalyst for fuel cells |
PCT/BG1998/000016 WO1999016546A1 (en) | 1997-09-29 | 1998-09-29 | Gold catalyst for fuel cells |
EP98943591A EP1027152A1 (en) | 1997-09-29 | 1998-09-29 | Gold catalyst for fuel cells |
JP2000513671A JP2001522122A (en) | 1997-09-29 | 1998-09-29 | Gold catalyst for fuel cells |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG101931A BG62723B1 (en) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | Gold catalyst and its application in fuel components |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BG101931A BG101931A (en) | 1999-04-30 |
BG62723B1 true BG62723B1 (en) | 2000-06-30 |
Family
ID=3927249
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BG101931A BG62723B1 (en) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | Gold catalyst and its application in fuel components |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1027152A1 (en) |
JP (1) | JP2001522122A (en) |
AU (1) | AU9147998A (en) |
BG (1) | BG62723B1 (en) |
WO (1) | WO1999016546A1 (en) |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19983527T1 (en) * | 1998-09-07 | 2001-08-02 | Anglo American Res Lab Pty Ltd | Gold catalyst for fuel cells |
WO2001028024A1 (en) | 1999-10-08 | 2001-04-19 | Global Thermoelectric Inc. | Composite electrodes for solid state electrochemical devices |
WO2002027821A2 (en) * | 2000-09-27 | 2002-04-04 | Proton Energy Systems, Inc. | Electrode catalyst composition, electrode and membrane electrode assembly for electrochemical cells |
JP3861146B2 (en) * | 2002-10-25 | 2006-12-20 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Anode catalyst for fuel cell |
US9107452B2 (en) | 2003-06-13 | 2015-08-18 | Philip Morris Usa Inc. | Catalyst to reduce carbon monoxide in the mainstream smoke of a cigarette |
US7243658B2 (en) | 2003-06-13 | 2007-07-17 | Philip Morris Usa Inc. | Nanoscale composite catalyst to reduce carbon monoxide in the mainstream smoke of a cigarette |
US7152609B2 (en) | 2003-06-13 | 2006-12-26 | Philip Morris Usa Inc. | Catalyst to reduce carbon monoxide and nitric oxide from the mainstream smoke of a cigarette |
US7165553B2 (en) | 2003-06-13 | 2007-01-23 | Philip Morris Usa Inc. | Nanoscale catalyst particles/aluminosilicate to reduce carbon monoxide in the mainstream smoke of a cigarette |
US7712471B2 (en) | 2003-10-27 | 2010-05-11 | Philip Morris Usa Inc. | Methods for forming transition metal oxide clusters and smoking articles comprising transition metal oxide clusters |
US7677254B2 (en) | 2003-10-27 | 2010-03-16 | Philip Morris Usa Inc. | Reduction of carbon monoxide and nitric oxide in smoking articles using iron oxynitride |
CA2577471C (en) | 2004-08-19 | 2013-01-08 | Japan Science And Technology Agency | Metal oxide electrode catalyst |
JP2006202687A (en) * | 2005-01-24 | 2006-08-03 | Asahi Kasei Corp | Electrode catalyst for fuel cell of metal cluster |
TWI301824B (en) * | 2005-05-24 | 2008-10-11 | Nat Univ Tsing Hua | Process for producing hydrogen with high yield under low temperature |
JP5378669B2 (en) * | 2007-09-27 | 2013-12-25 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | Membrane electrode assembly, fuel cell and fuel cell system |
CN101733129B (en) * | 2009-12-07 | 2013-04-17 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | Aurum-copper bimetallic catalyst for oxidating CO at low temperature under rich hydrogen condition and preparation method thereof |
WO2014181289A2 (en) * | 2013-05-08 | 2014-11-13 | Saudi Basic Industries Corporation | Gold containing catalysts for propane dehydrogenation |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63252908A (en) * | 1987-04-08 | 1988-10-20 | Agency Of Ind Science & Technol | Immobilized oxide of metallic fine particle, production thereof, oxidation catalyst, reduction catalyst, combustible gas sensor element and catalyst for electrode |
GB8816114D0 (en) * | 1988-07-06 | 1988-08-10 | Johnson Matthey Plc | Reforming catalyst |
NL8902250A (en) * | 1989-09-08 | 1991-04-02 | Veg Gasinstituut Nv | METHOD FOR PERFORMING A CHEMICAL REACTION AND REACTOR TO BE USED THERE |
GB9226434D0 (en) * | 1992-12-18 | 1993-02-10 | Johnson Matthey Plc | Catalyst |
IL112414A (en) * | 1994-01-25 | 1998-08-16 | Anglo American Res Lab Pty Ltd | Method of preparing a catalyst by impregnating a porous support with a solution |
JP2615418B2 (en) * | 1994-03-10 | 1997-05-28 | 工業技術院長 | Oxidation catalyst, reduction catalyst, flammable gas sensor element and catalyst for electrode made of titanium-based metal oxide immobilized with ultrafine gold particles |
ES2132728T3 (en) * | 1994-11-02 | 1999-08-16 | Anglo American Res Lab Pty Ltd | CATALYST WITH ZIRCONIUM OXIDE / CERIUM OXIDE SUPPORT. |
NL1000146C2 (en) * | 1995-04-13 | 1996-10-15 | Gastec Nv | Method for performing a chemical reaction. |
JP3570046B2 (en) * | 1995-11-02 | 2004-09-29 | 株式会社豊田中央研究所 | Low temperature fuel cell |
BG62687B1 (en) * | 1997-05-15 | 2000-05-31 | "Ламан-Консулт"Оод | Gold catalyst for the oxidation of carbon oxide and hydrocarbons, reduction of nitrogen oxides and ozone decomposition |
-
1997
- 1997-09-29 BG BG101931A patent/BG62723B1/en unknown
-
1998
- 1998-09-29 EP EP98943591A patent/EP1027152A1/en not_active Withdrawn
- 1998-09-29 AU AU91479/98A patent/AU9147998A/en not_active Abandoned
- 1998-09-29 WO PCT/BG1998/000016 patent/WO1999016546A1/en not_active Application Discontinuation
- 1998-09-29 JP JP2000513671A patent/JP2001522122A/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU9147998A (en) | 1999-04-23 |
EP1027152A1 (en) | 2000-08-16 |
WO1999016546A1 (en) | 1999-04-08 |
JP2001522122A (en) | 2001-11-13 |
BG101931A (en) | 1999-04-30 |
WO1999016546B1 (en) | 1999-06-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Luengnaruemitchai et al. | Selective catalytic oxidation of CO in the presence of H2 over gold catalyst | |
BG62723B1 (en) | Gold catalyst and its application in fuel components | |
US7067453B1 (en) | Hydrocarbon fuel reforming catalyst and use thereof | |
US7354882B2 (en) | Carbon monoxide removing catalyst and production process for the same as well as carbon monoxide removing apparatus | |
JP3746401B2 (en) | Selective oxidation catalyst for carbon monoxide in reformed gas | |
CN102600912B (en) | Pretreatment method for improving performance of methane and carbon dioxide dry reforming catalyst | |
JP2006239551A (en) | Co methanizing catalyst, co removing catalyst device and fuel cell system | |
JP3943902B2 (en) | Hydrocarbon desulfurization catalyst, desulfurization method, and fuel cell system | |
US20040241509A1 (en) | Hydrogen generator and fuel cell system | |
JP4227779B2 (en) | Steam reforming catalyst, steam reforming method and fuel cell system | |
CN101181680B (en) | Anti-steam catalyst for selective oxidation of carbon monoxide and preparation method thereof | |
US20040258598A1 (en) | Process for selective oxidation of carbon monoxide in a hydrogen containing stream | |
JP2005034682A (en) | Co modification catalyst and its production method | |
US20050119119A1 (en) | Water gas shift catalyst on a lanthanum-doped anatase titanium dioxide support for fuel cells application | |
US20050119118A1 (en) | Water gas shift catalyst for fuel cells application | |
JP4083556B2 (en) | Selective oxidation catalyst for carbon monoxide in reformed gas | |
US7345007B2 (en) | Catalyst for selective oxidation of carbon monoxide in reformed gas | |
KR20030048274A (en) | Catalyst for Purifying Reformate Gas and Process for Selectively Removing Carbon Monoxide Contained in Hydrogen-enriched Reformate Gas Using the Same | |
JP5958791B2 (en) | Oxygen storage room temperature oxidation catalyst and method for removing CO contained in hydrogen, etc. | |
US20040220052A1 (en) | Water gas shift reaction catalysts | |
JP4569408B2 (en) | Water gas shift reaction catalyst and method for removing carbon monoxide gas from hydrogen gas using the same | |
RU2323044C1 (en) | Catalyst, method of preparation thereof, and a method treating hydrogen-containing gas mixtures to remove carbon monoxide | |
JP4057314B2 (en) | Hydrocarbon desulfurization method and fuel cell system | |
RU2211081C1 (en) | Method of treating hydrogen-containing gas mixture to remove carbon monoxide | |
KR20220165052A (en) | A perovskite based catalyst for hydrogen production using aqueous reforming and the method for producing the same |