CN109579032A - 一种双组分铜基催化剂催化co完全燃烧的方法 - Google Patents

一种双组分铜基催化剂催化co完全燃烧的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109579032A
CN109579032A CN201811527507.7A CN201811527507A CN109579032A CN 109579032 A CN109579032 A CN 109579032A CN 201811527507 A CN201811527507 A CN 201811527507A CN 109579032 A CN109579032 A CN 109579032A
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper
component
catalyst
based catalyst
completely burned
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811527507.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109579032B (zh
Inventor
张海东
陈佳
申渝
熊昆
李晓捷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Technology and Business University
Original Assignee
Chongqing Technology and Business University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing Technology and Business University filed Critical Chongqing Technology and Business University
Priority to CN201811527507.7A priority Critical patent/CN109579032B/zh
Publication of CN109579032A publication Critical patent/CN109579032A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109579032B publication Critical patent/CN109579032B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/07—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases in which combustion takes place in the presence 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
    • B01J23/002—Mixed oxides other than spinels, e.g. perovskite
    • 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
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/84—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/889—Manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/8892—Manganese

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

本发明申请属于无机催化材料技术领域，具体公开了一种双组分铜基催化剂催化CO完全燃烧的方法，使用球状的含有Cu和Mn两种组分的铜基催化剂，以O2为氧化剂催化消除CO，在O2浓度只有1％的条件下，可以使CO在31℃时开始被氧化成CO2，CO在75℃的转化率为50％，CO在125℃时能被全部氧化为CO2。本发明主要用于消除CO，解决了在低浓度O2条件下催化CO的氧化消除问题。

Description

一种双组分铜基催化剂催化CO完全燃烧的方法
技术领域
本发明属于无机催化材料技术领域，具体公开了一种双组分铜基催化剂催化CO完全燃烧的方法。
背景技术
催化燃烧是借助催化剂在低起燃温度下进行无火焰燃烧，并将有机废气氧化分解为二氧化碳和水的技术。催化燃烧的实质是活性氧参与的剧烈的氧化反应，催化活性组分将空气氧活化，当与反应物分子接触时发生能量传递，反应物分子被活化，从而加速氧化反应的进行。与一般的火焰燃烧相比，催化燃烧有着不可比拟的优越性，因此催化燃烧在有机废气治理、能量的回收利用和发电方面受到人们的普遍关注。CO的消除反应在许多方面都具有重要价值。有文献表明，CO是释放到大气中最多的一种空气污染物，其总量甚至超过了其它气体污染物的总和。在火灾爆炸后的现场，矿井中，军事密闭空间以及潜艇等，都存在大量CO气体，必须具备防CO的面具和装置。在使用煤、煤气或其它燃料的场所，通常也会产生CO。消除CO也应用于化工和冶金企业的滤毒罐、煤矿使用的过滤式自救器、消防队员使用的消防面具、公共场合使用的逃生面具等方面。在消除CO的各种方法中，通过催化氧化反应消除CO是一种简便、廉价、易于实现的方法。但催化氧化消除CO过程中，如果氧化剂(比如O2)浓度低，催化剂的催化效果将显著下降，难以将CO完全消除。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双组分铜基催化剂催化CO完全燃烧的方法，可以在低O2浓度(1％)下，在比较低的反应温度下实现CO的完全消除。
为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种双组分铜基催化剂催化CO完全燃烧的方法，使用呈球状、包含有Cu和Mn两种组分的双组分铜基催化剂催化消除CO，在作为氧化剂的O2占混合气体总量的1％的条件下，双组分铜基催化剂可以使CO在31℃时开始被氧化成CO2，在75-80℃转化50％，125-130℃时被全部转化为CO2。
本基础方案的作用原理及有益效果在于：
(1)本发明使CO在31℃开始就氧化成CO2，CO起燃温度低，有利于在温和条件下消除CO；
(2)本发明在125℃即可以将全部CO氧化成CO2。
进一步，双组分铜基催化剂催化CO反应中的气体包括CO、O2和惰性气体，CO和O2的摩尔比为1：1，CO和O2的总摩尔数占反应气体总摩尔数的2％，惰性气体总摩尔数占反应气体总摩尔数的98％。
进一步，双组分铜基催化剂催的制备包括以下步骤:
(1)取Cu(NO3)2·3H2O、MnNO3溶液和蒸馏水配制成混合溶液，其中Cu:Mn摩尔比1.5-2:1；
(2)向步骤(1)得到的混合溶液中加入H2O、CTAB和无水乙醇，在室温下搅拌15-30min得到混合液体，搅拌速度为80-100r/min；
(3)向步骤(2)得到的混合液体中滴加氨水，然后在室温下搅拌2h，搅拌速度为150-300r/min；
(4)将(3)的混合液体转移至水热合成釜，在120-125℃下处理24h；
(5)将(4)中水热处理后的混合体系抽滤得到固体，用蒸馏水清洗固体，然后将固体干燥，将干燥后的固体放入马弗炉并在550-560℃下煅烧4-5h，得到双组分铜基催化剂。
使用上述步骤制备的催化剂催化性能好，制得的催化剂能在贫氧条件下对CO进行催化消除，与现有技术中的催化剂相比催化性能高。在制备催化剂过程中不再引入其他难以除去的杂质离子，在使用催化剂过程中避免了其他离子的干扰，同时也不易使催化剂中毒。
进一步，步骤(1)中Cu和Mn的投料摩尔比为2：1，得到的催化剂呈现球形形貌，粒子尺寸大小为50-100nm，得到的催化剂中所含有的含铜物种都是能在300-350℃之间还原的高活性物种。
进一步，步骤(4)中的处理温度为120℃。在上述处理温度下制得的催化剂将CO全部氧化时的温度为125℃，CO转化率为100％时所用的温度较低，有利于实现CO的完全消除。
附图说明
图1是本发明实施例1的双组分铜基催化剂扫描电镜(SEM)图；
图2是Cu和Mn的不同投料摩尔比条件下得到的双组分铜基催化剂升温氢气还原(H2-TPR)图；
图3是本发明实施例1制得的双组分铜基催化剂的以O2为氧化剂的CO完全燃烧反应的性能图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
本发明所提及的Cu(NO3)2·3H2O、50％Mn(NO3)2水溶液、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、氨水、无水乙醇购买自上海泰坦科技股份有限公司，收到后直接使用，使用前未经进一步处理。进行CO催化消除反应测试的反应气(1％CO+1％O2+98％惰性气体)购买自重庆朝阳气体有限公司。本发明中的惰性气体优选为Ar，配制反应气用到的CO、O2和Ar均为高纯气体，纯度为99.999％。程序升温氢气还原(H2-TPR)测试在英国Hiden Analytical Ltd.生产的CatLab-QIC20催化反应-测试装置上进行，使用的测试气体(5％H2+95％Ar)购买自重庆朝阳气体有限公司，配制测试气体(5％H2+95％Ar)用到的H2和Ar均为高纯气体，纯度为99.999％。
下面以实施例1为例说明制备双组分铜基催化剂及使用其催化CO完全燃烧反应的过程，其余实施例的制备步骤均参照实施例1。制备双组分铜基催化剂包括如下步骤：
(1)称取10.6304g Cu(NO3)2.3H2O和7.8736g 50％Mn(NO3)2水溶液混合，然后往混合液中加入8ml蒸馏水搅拌至Cu(NO3)2完全溶解得到铜-锰混合溶液；
(2)然后向步骤(1)得到的铜-锰混合溶液中加入150g H2O、7.5016g CTAB、180g无水乙醇，在室温下中速搅拌15分钟，然后缓慢滴加氨水39.6g；
(3)氨水滴加完毕后，将混合液在室温下搅拌(300-500r/min)2h，然后转移至水热合成釜，在120℃下处理24h；
(4)水热处理结束后，抽滤得到的混合物，用蒸馏水充分水洗滤出的固体，然后将滤出的固体在60℃下用旋转蒸发器干燥，然后固体放入马弗炉中550℃下煅烧4h，得到含有CuMn2O4和Cu1.5Mn1.5O4的双组分铜基催化剂。
本发明对实施例1-5和对比例1-9制得的双组分铜基催化剂进行催化CO测试，具体操作如下：
将50mg催化剂装入英国Hiden Analytical Ltd.生产的CatLab催化反应装置的石英反应管中，通入配比为CO(1％)+O2(1％)+Ar(98％)的反应气测试催化剂催化CO完全燃烧的性能。反应气流量使用质量流量计控制在25ml/min，反应管的温度由温控仪控制，升温时的升温速率为10℃/min。使用英国Hiden Analytical Ltd.生产的QIC-20四级杆质谱进行反应气中的O2消耗量、CO含量、生成的CO2含量的监测。
实施例1-5和对比例1-9是铜锰不同投料摩尔比条件的催化剂催化CO的结果，如表1所示。
表1
通过对比实例1-5可以得出，当铜锰投料摩尔比取值范围为1.5-2:1时，制得的催化剂催化CO的起始温度低，CO的全部转化时的温度较其他对比例低，催化剂的催化性能较好。
图1是实施例1所得到的Cu和Mn的投料摩尔比为2：1的双组分铜基催化剂的扫描电镜(SEM)图。可以看到此催化剂由尺寸比较均匀的纳米粒子组成，催化剂呈现球形形貌，粒子尺寸大小为50-100nm。
图2是Cu和Mn的投料摩尔比为5：1、2：1、1：1、1：2、1：5的双组分铜基催化剂的程序升温氢气还原(H2-TPR)图。从图2中可以看到，实施例1中的催化剂和其他催化剂相比，实施例1中的催化剂的含铜物种分布更加狭窄，说明物种更加单一。实施例1得到的Cu和Mn的投料摩尔比为2：1的催化剂中所含有的含铜化合都是能在350℃下还原的高活性化合物，说明此催化剂具有较强的催化活性。
图3是实施例1所得到的Cu和Mn的投料摩尔比为2：1的双组分铜基催化剂催化以1％O2为氧化剂的CO完全燃烧反应的性能。可以看到CO在31℃即开始被氧化成CO2，在125℃即可以被全部氧化为CO2，催化剂在75℃即可将50％的CO氧化为CO2。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (5)

1.一种双组分铜基催化剂催化CO完全燃烧的方法，其特征在于，使用呈球状、包含有Cu和Mn两种组分的双组分铜基催化剂催化消除CO，在作为氧化剂的O2占混合气体总量的1％的条件下，双组分铜基催化剂可以使CO在31℃时开始被氧化成CO2，在75-80℃转化50％，125-130℃时被全部转化为CO2。
2.根据权利要求1所述的一种双组分铜基催化剂催化CO完全燃烧的方法，其特征在于，双组分铜基催化剂催化CO反应中的气体包括CO、O2和惰性气体，CO和O2的摩尔比为1：1，CO和O2的总摩尔数占反应气体总摩尔数的2％，惰性气体总摩尔数占反应气体总摩尔数的98％。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种双组分铜基催化剂催化CO完全燃烧的方法，其特征在于，铜基催化剂的制备包括以下步骤:
(1)取Cu(NO3)2·3H2O、MnNO3溶液和蒸馏水配制成混合溶液，其中Cu:Mn摩尔比1.5-2:1；
(2)向步骤(1)得到的混合溶液中加入H2O、CTAB和无水乙醇，在室温下搅拌15-30min得到混合液体，搅拌速度为80-100r/min；
(3)向步骤(2)得到的混合液体中滴加氨水，然后在室温下搅拌2h，搅拌速度为150-300r/min；
(4)将(3)的混合液体转移至水热合成釜，在120-125℃下处理24h；
(5)将(4)中水热处理后的混合体系抽滤得到固体，用蒸馏水清洗固体，然后将固体干燥，将干燥后的固体放入马弗炉并在550-560℃下煅烧4-5h，得到双组分铜基催化剂。
4.根据权利要求3所述的一种双组分铜基催化剂催化CO完全燃烧的方法，其特征在于，步骤(1)中Cu和Mn的投料摩尔比为2：1，得到的催化剂呈现球形形貌，粒子尺寸大小为50-100nm，得到的催化剂中所含有的含铜物种都是能在300-350℃之间还原的高活性物种。
5.根据权利要求4所述的一种双组分铜基催化剂催化CO完全燃烧的方法，其特征在于，步骤(4)中的处理温度为120℃。
CN201811527507.7A 2018-12-13 2018-12-13 一种双组分铜基催化剂催化co完全燃烧的方法 Active CN109579032B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811527507.7A CN109579032B (zh) 2018-12-13 2018-12-13 一种双组分铜基催化剂催化co完全燃烧的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811527507.7A CN109579032B (zh) 2018-12-13 2018-12-13 一种双组分铜基催化剂催化co完全燃烧的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109579032A true CN109579032A (zh) 2019-04-05
CN109579032B CN109579032B (zh) 2020-08-11

Family

ID=65929661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811527507.7A Active CN109579032B (zh) 2018-12-13 2018-12-13 一种双组分铜基催化剂催化co完全燃烧的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109579032B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101590412A (zh) * 2009-07-02 2009-12-02 浙江师范大学 一种低温消除co的负载型催化剂及其制备方法和用途
CN102319589A (zh) * 2011-07-14 2012-01-18 王萌 一种用于乙炔选择加氢的铜基聚合物杂化催化剂及其制备方法
CN104591120A (zh) * 2013-10-31 2015-05-06 无锡华臻新能源科技有限公司 粗糙表面微球状二氧化锰的制备及在超电容中的应用
CN105903464A (zh) * 2016-05-12 2016-08-31 太原理工大学 具有宽活性温度窗口的no氧化催化剂及制备方法和应用
CN106179395A (zh) * 2016-07-11 2016-12-07 广西大学 一种高性能CO氧化和NOx消除储氧材料的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101590412A (zh) * 2009-07-02 2009-12-02 浙江师范大学 一种低温消除co的负载型催化剂及其制备方法和用途
CN102319589A (zh) * 2011-07-14 2012-01-18 王萌 一种用于乙炔选择加氢的铜基聚合物杂化催化剂及其制备方法
CN104591120A (zh) * 2013-10-31 2015-05-06 无锡华臻新能源科技有限公司 粗糙表面微球状二氧化锰的制备及在超电容中的应用
CN105903464A (zh) * 2016-05-12 2016-08-31 太原理工大学 具有宽活性温度窗口的no氧化催化剂及制备方法和应用
CN106179395A (zh) * 2016-07-11 2016-12-07 广西大学 一种高性能CO氧化和NOx消除储氧材料的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SIXIAN FU ET AL.: ""Crystal Growth of Bimetallic Oxides CuMnO2 with Tailored Valence States for Optimum Electrochemical Energy Storage"", 《CRYSTAL CROWTH DESIGN》 *
XIAO WANG ET AL.: ""Modified hierarchical birnessite-type manganese oxide nanomaterials for CO catalytic oxidation"", 《NEW JOURNAL OF CHEMISTRY》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109579032B (zh) 2020-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109759063B (zh) 一种核壳型co氧化催化剂及其制备方法与应用
CN107362823B (zh) 一种室温降解室内甲醛的催化材料及其制备方法
CN103071492A (zh) 一种高效催化甲醛转化催化剂的制备方法
CN111097442B (zh) 一种烟气协同脱硝脱汞催化剂及其制备方法
CN106744677B (zh) 用RhNiCo/CeO2@C3N4纳米催化剂催化水合肼脱氢的方法
CN109622005A (zh) 一种多孔碳负载型含氮双金属催化剂的制备方法及其电化学应用
CN102319570A (zh) 一氧化碳氧化的三元复合氧化物催化剂及其制备方法
CN106000410B (zh) 一种合成气制乙醇和高级醇的稳定分散Co基催化剂
WO2023241557A1 (en) Ruthenium-based nickel-aluminum catalyst and methods of preparation and use thereof
JP2018001080A (ja) Ｃｏ酸化触媒及びその製造方法、担持触媒並びに排ガス処理装置
JP2000143209A (ja) 一酸化炭素の転化方法および触媒
CN109579032A (zh) 一种双组分铜基催化剂催化co完全燃烧的方法
CN108906108A (zh) 一种N-SrTiO3/活性炭处理材料的微波法合成工艺及其应用
CN210645876U (zh) 一种智能氮氧化物转化器
CN109647385B (zh) 一种脱除烟气中一氧化碳用催化剂及其制备方法
CN109621972B (zh) 一种使用CuMnOx催化剂催化消除CO的方法
CN108543535B (zh) 催化剂和煤燃烧高温烟气脱硝的方法
CN103599698A (zh) 氢氧化钴催化剂催化氧化一氧化碳的应用
EP4302871A1 (en) Ruthenium-based nickel-aluminum catalyst and methods of preparation and use thereof
CN108620078A (zh) 催化剂、催化剂的制备方法和煤燃烧高温烟气脱硝的方法
CN116371421B (zh) 一种负载型催化剂及其制备方法和应用
CN102864002B (zh) 一种高稳定性载氧体及其制备方法和应用
CN112774683B (zh) 一种碳基包覆Ac-Fe/Co催化剂及微乳液制备方法和应用
CN109529871B (zh) 一种海胆状铜基催化剂及其制备方法和应用
CN114558624B (zh) 一种介孔纳米微球镍镁钙复合氧化物催化剂及应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant