CN111266115A - 一种制备霍加拉特催化剂的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备霍加拉特催化剂的方法，属于无机材料制备领域，特别涉及到一种微波反应器辅助制备霍加拉特催化剂的方法。本发明的特征在于利用微波辅助反应器敞口体系进行氧化还原反应。按照还原剂：氧化剂(mol/mol)＝1～5和水混合，在敞口常压条件下，保持恒定的微波功率，一般为10～300W，反应一段时间，一般反应时间小于60min，得到的沉淀经洗涤、干燥并煅烧后得到铜锰复合氧化物，煅烧温度一般在200～900℃，煅烧时间一般为小于9h。本方法工艺简单、反应时间从12h降低到30min，大大缩短反应时长，具有推广价值。
Description
发明领域
本发明涉及一种制备霍加拉特催化剂的方法，特别是涉及一种微波辅助制备霍加拉特催化剂的方法。
背景技术
霍加拉特催化剂是由CuO和MnO2组成的铜锰复合氧化物。是一款性能良好、有广泛用途和市场需求的高效催化一氧化碳产品。其在常温常压下就对一氧化碳有很好的催化效果，并且合成简单，条件温和，工业合成廉价等优点，被广泛应用于化工与冶金产业的滤毒罐、矿业和消防的过滤自救装置，同时在燃料电池研究中，通过低碳醇和烃类部分氧化或水蒸气重整制得的富氢气常含有约0.5～3％(mol)的CO，而一氧化碳会与氢气竞争和氧的反应，降低电池充放电效率。因此，实现CO在较低温度下氧化转化是催化研究的重要领域。
但是，尽管霍加拉特催化剂性能优越、用途广泛，它的制备工艺并没有取得很大的进展。目前国内外用于商业用途的制备方法依然是以上世纪90年代的传统工艺为基础，利用高锰酸钾和硫酸锰在酸性条件下的氧化还原反应和沉淀反应来制备霍加拉特催化剂，我国尚无制备工艺上的优化和产权。
传统工艺是利用氧化还原法和沉淀法制备了氧化锰和氧化铜复合催化材料。比如用火焰喷射熔胶法将母液快速制备铜锰复合氧化物；或者用物理研磨法。但是，较好的方法是氧化还原法和沉淀法共同制备。但是在缺少硫酸条件下，氧化还原反应需要24h，最好在12～20h，最终得到氧化锰和氧化铜复合材料。但是该制备工艺需要毒性原料硫酸，耗时长、反应缓慢，从而导致实际生产中效率低等问题。
国外Tomos J.Clarke通过机械化学研磨碳酸盐前体制备了一系列铜锰氧化物催化剂，并测试了CO的低温氧化。结果表明，在较长的研磨时间下混合程度得到改善。随着X射线衍射的MnCO3晶格的收缩显示研磨时间超过24小时对于Cu离子几乎完全溶解到MnCO3骨架中是必需的，Cu2+离子并入MnCO3骨架取决于研磨时间，并且MnCO3晶格内Cu2+的存在因此促进了煅烧后活性CuMn2O4相的形成。
但是物理研磨法也存在欠缺，一是各过程机理特别是微观过程机理研究不足，在制备过程中对工艺参数的控制存在盲目性；二是物理研磨需要太长时间，并且得到的最终产物不稳定，重复性差等问题。
基于目前霍加拉特催化剂工业化路线存在控制条件影响复杂、耗时长、得到的产品不稳定，我们开发了霍加拉特催化剂微波法辅助制备新工艺。
发明内容
本发明的目的是解决目前霍加拉特催化剂制备中存在的条件影响复杂、耗时长、得到的产品不稳定等问题，实现更快捷、低成本的制备条件。开发的一种制备霍加拉特催化剂的方法，即在微波辅助敞口条件下，经氧化还原反应制备出二氧化锰，在经过沉淀法沉淀铜盐，得到复合结构中间体，经过一定时间煅烧(2-9小时)得到霍加拉特催化剂的方法。
本方法的特点是： 氧化剂是高锰酸钾，锰源为硫酸锰；在微波敞口体系中反应，微波功率为10～300W，反应时间为1～120min；得到的中间体需要煅烧，煅烧温度一般在200～600℃，煅烧时间一般为2～9h
本发明提供的一种制备霍加拉特催化剂的方法，其步骤如下：
1)首先把一定比例的高锰酸钾、还原剂硫酸锰以及适量的水混合均匀，然后加入到微波反应器中，并成敞口体系；
2)一般还原剂：氧化剂(mol/mol)＝1～5；
3)将混合溶液放入微波反应器中，体系处于敞口常压条件下；
4)控制微波反应器功率，并设置在反应温度下的反应时间；一般反应功率范围为10～ 300W；一般反应时间小于60min；
5)反应结束后，冷却至室温，放入铜盐并且用沉淀剂进行沉淀，经过一段时间反应；经过洗涤、干燥，然后在设定温度煅烧一定时间，得到铜锰复合氧化物。
6)煅烧温度一般在200～900℃，煅烧时间一般为2～9h。
与现有工艺比，本发明所述的优点在于：
通过微波辅助反应，大大降低了反应时长，提高效率；形成大颗粒产物，提高催化性能。
具体实施方式
实施实例1：
1g～5g高锰酸钾、2g～5g硫酸锰与50g水混合均匀，在微波反应器敞口体系中反应，微波功率为10～300W，反应时间为10min；反应结束后，冷却至室温，加入3g铜盐和5g沉淀剂，反应30min，经过洗涤、60℃干燥，然后在300℃煅烧3h，得到铜锰复合氧化物。
实施实例2：
1g～5g高锰酸钾、2g～5g硫酸锰与50g水混合均匀，在微波反应器敞口体系中反应，微波功率为100W，反应时间为1～60min；反应结束后，冷却至室温，加入3g铜盐和5g沉淀剂，反应30min，经过洗涤、60℃干燥，然后在300℃煅烧3h，得到铜锰复合氧化物。
实施实例3：
1g～5g高锰酸钾、2g～5g硫酸锰与50g水混合均匀，在微波反应器敞口体系中反应，微波功率为10～300W，反应时间为10min；反应结束后，冷却至室温，加入3～5g铜盐和3～ 8g沉淀剂，反应30min，经过洗涤、60℃干燥，然后在300℃煅烧3h，得到铜锰复合氧化物。
Claims (4)
1.一种制备霍加拉特催化剂的方法，其特征在微波反应器敞口条件下反应，得到的中间体经煅烧后得到铜锰复合氧化物，具体制备步骤如下：
1)首先把一定比例的高锰酸钾、硫酸锰以及适量的水混合均匀，然后加入到微波反应器中，并形成敞口常压体系；
2)制定反应功率，反应一定的时间；
3)反应结束后，取出冷却至室温，加入铜盐和沉淀剂，经过洗涤、干燥，然后在设定温度煅烧一定时间，得到铜锰复合氧化物。
2.根据权利要求1，其特征在于还原剂∶氧化剂(mol/mol)＝1～5。
3.根据权利要求1，其特征在于在微波反应器敞口体系中反应，微波反应器功率为10W～300W，反应时间为0.01～120min；
4.根据权利要求1，其特征在于得到的中间体需要煅烧，煅烧温度一般在200～600℃，煅烧时间一般为2-9h。
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| CN111266115A true CN111266115A (zh) | 2020-06-12 |
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| CN (1) | CN111266115A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113797748A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-12-17 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） | 一种流向变换微波催化消氢器及消氢方法 |
| CN115445634A (zh) * | 2022-09-27 | 2022-12-09 | 西安向阳航天材料股份有限公司 | 改性霍加拉特催化剂及其制备方法、应用 |
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2018
- 2018-12-04 CN CN201811472002.5A patent/CN111266115A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200612 |
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