DE102018129499A1 - Composite material in the form of solid particles with core-shell active phase structure, process for obtaining such composite material and its use - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Verbundmaterial in Form von Festpartikeln mit Kern-Hülle-Aktivphase-Struktur, das einen Kern aus Adsorptionsmaterial, wenigstens ein anorganisches Oxid und Partikeln der katalytisch aktiven Phase umfasst und dadurch charakterisiert, dass das Adsorptionsmaterial poröser Kohlenstoff ist, das anorganische Oxid, dass die Kernhülle und das Trägermittel der katalytisch aktiven Phase bildet, aus der Zirkoniumoxid, Titaniumoxid, Aluminiumoxid, Ceroxid umfassenden Gruppe ausgewählt ist, die katalytisch aktive Phase aus Nanopartikeln und ihren Agglomeraten auf Basis von Metallen oder Metalloxiden besteht, die aus der Pt, Pd, Rh, Re, Ir, Au,CoO, CuO, MnO, MnO, MnO, CeO, NiO, ZnO, FeOoder ihre Mischungen umfassenden Gruppe ausgewählt sind. Gegenstand der Erfindung ist auch das Verfahren zum Erhalten von einem solchen Verbundmaterial und dessen Verwendung zur Eliminierung der flüchtigen organischen Verbindungen im Wege der Adsorption und ihrer nachträglichen katalytischen Oxidation.The invention relates to a composite material in the form of solid particles having a core-shell active phase structure comprising a core of adsorbent material, at least one inorganic oxide and particles of the catalytically active phase and characterized in that the adsorption material is porous carbon, the inorganic oxide in that the core shell and the carrier agent form the catalytically active phase selected from the group consisting of zirconium oxide, titanium oxide, alumina, cerium oxide, the catalytically active phase consists of nanoparticles and their agglomerates based on metals or metal oxides prepared from the Pt, Pd , Rh, Re, Ir, Au, CoO, CuO, MnO, MnO, MnO, CeO, NiO, ZnO, FeO or mixtures thereof. The invention also provides the process for obtaining such a composite material and its use for the elimination of volatile organic compounds by adsorption and their subsequent catalytic oxidation.
Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verbundmaterial in Form von Festpartikeln mit Kern-Hülle-Aktivphase-Struktur, Verfahren zum Erhalten von einem solchen Verbundmaterial und dessen Verwendung zur Eliminierung von flüchtigen organischen Verbindungen.The invention relates to a composite material in the form of solid particles having a core-shell active phase structure, processes for obtaining such a composite material and its use for the elimination of volatile organic compounds.
Die Emission von flüchtigen organischen Verbindungen (eng. VOC - „volatile organic compounds“) in die Atmosphäre, aus sowohl natürlichen, als auch anthropogenen Quellen, ist eine der ernsthaften Gefahren für die Umwelt und Gesundheit des Menschen. Diese Substanzen wirken direkt sowie indirekt mit den Inhaltsstoffen der Atmosphäre zusammen und verursachen damit, dass photochemische Reaktionen vorkommen; mehrmals weisen sie karzinogene und mutagene Eigenschaften auf. Die Reduktion der VOC-Emission kann durch die Kontrolle der industriellen Quellen (z. B. der von Färbereien, Lackierereien, pharmazeutischen Betrieben und Bäckereien erzeugten Abgasen) realisiert werden, die beinahe die Hälfte der Gesamtmenge der durch die menschliche Aktivität freigemachten VOC erzeugen. Neben den primären Methoden, die die Begrenzung der Emissionsmenge von flüchtigen organischen Verbindungen erstreben, wurde eine Reihe von Lösungen entwickelt, die in der Bindung (nicht zerstörende Techniken) oder in der Unschädlichmachung (zerstörende Techniken) der in der Luft enthaltenen VOCs bestehen. Zu den am häufigsten verwendeten Techniken gehören: thermische und katalytische Oxidation, Adsorption, Kondensation und Membranentrennung.The emission of volatile organic compounds (VOCs) into the atmosphere from both natural and anthropogenic sources is one of the most serious threats to human health and the environment. These substances interact directly and indirectly with the constituents of the atmosphere, causing photochemical reactions to occur; Several times they have carcinogenic and mutagenic properties. Reduction in VOC emissions can be realized by controlling industrial sources (eg, exhaust fumes produced by dyers, paint shops, pharmaceutical companies, and bakeries) that produce nearly half of the total amount of VOCs released by human activity. In addition to the primary methods that seek to limit the emission levels of volatile organic compounds, a number of solutions have been developed involving binding (non-destructive techniques) or harmless (destructive) techniques of VOCs contained in the air. The most commonly used techniques include: thermal and catalytic oxidation, adsorption, condensation and membrane separation.
Adsorption von flüchtigen organischen VerbindungenAdsorption of volatile organic compounds
Wegen der hohen Effektivität, des kostengünstigen Betriebs von notwendigen Vorrichtungen und eines umweltfreundlichen Charakters ist Adsorption ein Grundverfahren zur Entfernung von VOCs aus emissionsarmen Quellen. Während der Rückgewinnung von dem verbrauchten Adsorbenten besteht zusätzlich eine Möglichkeit, die vorher verbundenen Moleküle zurückzugewinnen und sie wieder zu verwenden. Als VOC-Adsorbenten am breitesten verwendet sind Kohlenstoffmaterialien auf Basis von der aus fossilen Kohlenstoffen oder Biomasse erzeugten Aktivkohle. Immer mehr Bedeutung bei der Aktivkohleproduktion gewinnen jedoch Polymere (z. B. Polyakrylnitril, Polyvinylchlorid, Polyfurfylalkohol, Resolharze). Der Vorteil der Verwendung von synthetischen Polymerstoffen ist die Gewinnung von Aktivkohlen, die eine wiederholbare Zusammensetzung und einen niedrigen Aschgehalt aufweisen. Aktivkohlen werden im Pyrolyse-Verfahren (Karbonisation) des Ausgangsmaterials erhalten, der bei hohen Temperaturen in neutraler Atmosphäre mit einer nachträglicher physikalischen oder chemischen Aktivierung des erhaltenen Produkts durchgeführt wird. Der Zweck des ersten Aktivierungspfad ist die Vergrößerung der Porosität und der spezifischen Oberfläche der Aktivkohle durch die Entfernung von kohlenstoffreien Elementen. Das zweite Verfahren dient hingegen zur Erzeugung von entsprechenden Oberflächeneigenschaften. Zur chemischen Aktivierung wird üblicherweise Dampf oder Kohlendioxid eingesetzt, während die physikalische Aktivierung wird am häufigsten in Gegenwart von KOH, ZnCl2 oder H3PO4 durchgeführt. Die in der oben beschriebenen Art und Weise erhaltenen Aktivkohlen sind mikroporöse Materialien mit einer hoch entwickelten spezifischen Oberfläche.Because of the high efficiency, low cost operation of necessary equipment, and environmentally friendly character, adsorption is a basic method for removing VOCs from low emission sources. In addition, during recovery from the spent adsorbent, there is an opportunity to recover the previously linked molecules and reuse them. The most widely used VOC adsorbents are carbon materials based on activated carbon derived from fossil carbons or biomass. However, polymers (eg polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, polyfurfyl alcohol, resole resins) are becoming increasingly important in activated carbon production. The advantage of using synthetic polymeric materials is the recovery of activated carbons that have a repeatable composition and a low ash content. Activated carbons are obtained by the pyrolysis process (carbonization) of the starting material, which is carried out at high temperatures in a neutral atmosphere with a subsequent physical or chemical activation of the product obtained. The purpose of the first activation path is to increase the porosity and the specific surface area of the activated carbon by removing carbon-free elements. The second method, however, serves to generate corresponding surface properties. For chemical activation, steam or carbon dioxide is usually used, while physical activation is most often carried out in the presence of KOH, ZnCl 2 or H 3 PO 4 . The activated carbons obtained in the manner described above are microporous materials having a highly developed specific surface area.
In den letzten Jahren wurden poröse Kohlenstoffmaterialien mit kugelförmigen Partikeln, mit Durchmesser im Bereich von einigen Dutzend Nanometer bis zum einigen Dutzend Mikrometer, vorgesehen vor allem zur adsorptive, medizinische (Arzneistoffträger) und elektrochemische (Elektrodenmaterialien) Verwendungen, intensiv geforscht. Derartige Materialien werden synthetisiert hauptsächlich unter Verwendung von: (i) Verfahren zur hydrothermalen Modifizierung von Sacchariden und seinen Copolymeren (z. B. mit Phenolderivaten), (ii) Techniken zur Formgebung weicher organischer Templaten sowie (iii) Pfade des strukturellen Abdruckens von sphärischen Siliciumdioxid-Materialien. Die Synthese von sphärischen Kohlenstoffmaterialien gemäß dem ersten der genannten Ansätze besteht in der anfänglichen Dehydrierung des Kohlenstoffvorläufers (z. B. Glukose, Xylose, Fruktose, Mischung von Xylose und Phenol) unter hydrothermalen Bedingungen (140-210°C), optionaler Aktivierung (e.g. unter Verwendung von KOH), und anschließend Karbonisation in Gegenwart von Inertgas (z. B. Argon oder Stickstoff) bei Temperaturen aus dem Bereich von 600-1000°C. Die auf diese Art und Weise erhaltenen Materialien sind durch spezifische Oberfläche im Bereich von 13 (ohne Aktivierung) bis ca. 1280 m2/g (nach der KOH-Aktivierung) charakterisiert, die sich hauptsächlich aus der Gegenwart von unregelmäßig geordneten Mikroporen ergibt [M. Li, W. Li, S. Liu, Hydrothermal synthesis, characterization, and KOH activation of carbon spheres from glucose, Carbohydrate Research 346 (2011) 999-1004; J. Ryu, Y.-W. Suh, D.J. Suh, D.J. Ahn, Hydrothermal preparation of carbon microspheres from mono-saccharides and phenolic compounds, Carbon 48 (2010) 1990-1998; Q. Wang, H. Li, L. Chen, X. Huang, Monodispersed hard carbon spherules with uniform nanopores, Carbon 39 (2001) 2211-2214].In recent years, porous carbon materials having spherical particles ranging in diameter from several tens of nanometers to several tens of micrometers, particularly for adsorptive, medical (excipient) and electrochemical (electrode materials) uses have been intensively researched. Such materials are synthesized primarily using: (i) methods for the hydrothermal modification of saccharides and its copolymers (e.g., with phenolic derivatives), (ii) soft organic forming techniques, and (iii) pathways of structurally imprinting spherical silica -Materials. The synthesis of spherical carbon materials according to the first of these approaches consists in the initial dehydrogenation of the carbon precursor (eg glucose, xylose, fructose, mixture of xylose and phenol) under hydrothermal conditions (140-210 ° C), optional activation (eg using KOH), followed by carbonization in the presence of inert gas (eg, argon or nitrogen) at temperatures in the range of 600-1000 ° C. The materials obtained in this way are characterized by specific surface area in the range of 13 (without activation) to about 1280 m 2 / g (after KOH activation), which results mainly from the presence of irregularly ordered micropores [M. , Li, W. Li, S. Liu, Hydrothermal synthesis, characterization, and KOH activation of carbon spheres from glucose, Carbohydrate Research 346 (2011) 999-1004; J. Ryu, Y.-W. Suh, DJ Suh, DJ Ahn, Hydrothermal preparation of carbon microspheres from mono-saccharides and phenolic compounds, Carbon 48 (2010) 1990-1998; Q. Wang, H. Li, L. Chen, X. Huang, Monodispersed hard carbon spherules with uniform nanopores, Carbon 39 (2001) 2211-2214].
Im Unterschied zu der oben genannten Technik erlauben die Lösungen, die organische oder anorganische strukturbildende Template verwenden, Kohlenstoffmaterialien mit einem geordneten System der Poren mit kontrollierbarer Größe zu erhalten, inklusive mesoporöser Anordnungen. Der Vorteil der mesoporösen, mithilfe der Verfahren zur Template-Formgebung erhaltenen Aktivkohle, ist die erhebliche Breite der homogenen Poren (bei einer vergleichbaren spezifischen Oberfläche mit konventionellen Aktivkohlen), was die Diffusionseinschränkungen in adsorptiven oder katalytischen Verwendungen eliminiert. In dem Verfahren zur Formgebung weicher organischer Templaten (ang. soft-template method) werden als Tenside hauptsächlich Block-Copolymere (z.B. Pluronic F127, Pluronic P123) oder Alkylammonium-Halogenid verwendet, die aus Mizellen aufgebauten Matrizen bilden, in/an denen der Kohlenvorläufer der Polymerisierung unterliegt (am häufigsten Phenol-Formaldehyd-Harze) [M. Li, J. Xue, Ordered mesoporous carbon nanoparticles with well-controlled morphologies from sphere to rod via a soft-template route, Journal of Colloid and Interface Science 377 (2012) 169-175; J. Liu, T. Yang, D.-W. Wang, G. Qing (Max) Lu, D. Zhao, S.Z. Qiao, A facile soft-template synthesis of mesoporous polymeric and carbonaceous nanospheres, Nature Communications 4 (2013) 2798]. Die sphärische Form der erhaltenen Partikeln wird durch die Verwendung von der entsprechenden Menge von einem Tensid oder Co-Tensid gewonnen. Das resultierende Polymer wird in Gegenwart von Schutzgas bei Temperaturen im Bereich von 400-800°C thermisch modifiziert. Die mit dieser Technik erhaltenen Kohlenstoffmaterialien weisen die Gegenwart von geordneten Mesoporen und sind durch spezifische Oberfläche von 460-1380 m2/g charakterisiert.Unlike the above-mentioned technique, the solutions using organic or inorganic structure-forming templates allow carbon materials with an ordered system of To obtain pores of controllable size, including mesoporous arrangements. The advantage of the mesoporous activated carbon obtained by the template shaping processes is the substantial width of the homogeneous pores (at a comparable specific surface area with conventional activated carbons), which eliminates the diffusion limitations in adsorptive or catalytic uses. In the soft-template method, surfactants are mainly block copolymers (eg, Pluronic F127, Pluronic P123) or alkylammonium halide, which form micelle-built matrices in / at which the carbon precursor the polymerization is (most often phenol-formaldehyde resins) [M. Li, J. Xue, Ordered mesoporous carbon nanoparticles with well-controlled morphologies from sphere to rod via a soft-template route, Journal of Colloid and Interface Science 377 (2012) 169-175; J. Liu, T. Yang, D.-W. Wang, G. Qing (Max) Lu, D. Zhao, SZ Qiao, A facile soft-template synthesis of mesoporous polymeric and carbonaceous nanospheres, Nature Communications 4 (2013) 2798]. The spherical shape of the resulting particles is recovered by the use of the appropriate amount of a surfactant or cosurfactant. The resulting polymer is thermally modified in the presence of inert gas at temperatures in the range of 400-800 ° C. The carbon materials obtained by this technique exhibit the presence of ordered mesopores and are characterized by a specific surface area of 460-1380 m 2 / g.
Die in Fachliteratur am häufigsten beschriebene Technik zur Synthese der Kohlen mit einem kugelförmigen Kornaufbau ist die Formgebung der sphärischen Siliciumdioxid-Template (eng. hard-template method). Der typische Vorgang zur Synthese derartigen Kohleabdrucke umfasst: (i) Erhalten des mesoporösen Siliciumdioxid-Templats mit kugelförmigen Partikeln, (ii) Abscheidung des Kohlenstoffvorläufers im Porensystem des Siliciumdioxids, e.g. durch Imprägnierung, in-situ-Polymerisation oder Abscheidung aus der Gasphase (CVD), (iii) Karbonisation des erhaltenen Materialiens in neutraler Atmosphäre in einer Temperatur aus dem Bereich 800-1100°C zur Form des Kohlenstoff-Siliciumdioxid-Nanoverbundstoffes, und anschließend (iv) Entfernung des Siliciumdioxid-Templats im Wege von Ätzen mit kräftigen Alkalien (z. B. NaOH) oder HF. [M.-H. Kim, K.-B. Kim, S-M. Park, K. C. Roh, Hierarchically structured activated carbon for ultracapacitors, Scientific Reports 6 (2016) 21182; M. Kim, S.B. Yoon, K. Sohn, J.Y. Kim, C.-H. Shin, T. Hyeon, J.-S. Yu, Synthesis and characterization of spherical carbon and polymer capsules with hollow macroporous core and mesoporous shell structures, Microporous and Mesoporous Materials 63 (2003) 1-9; T.-W. Kim, P.-W. Chung, V S.-Y. Lin, Facile Synthesis of Monodisperse Spherical MCM-48 Mesoporous Silica Nanoparticles with Controlled Particle Size, Chemistry of. Materials 22 (2010) 5093-5104]. Bei diesem Verfahren werden als starre Matrizen oftmals handelsübliche sphärische Siliciumdioxidgele mit ungeordneter Porenanordnung verwendet sowie mesoporöse geordnete Siliciumdioxid-Materialien (z. B SBA-15, SBA-16, MCM-41, MCM-48), die durch die entsprechende Auswahl der Tenside zur Form der Kugel mit einem definierten Durchmesser geformt werden. Als Kohlenstoffvorläufer werden, ähnlich zu den oben beschriebenen Verfahren, Resolharze, Polyfurfylalkohol, Polyakrylnitril und Disaccharide (z. B. Saccharose) [H.I. Melendez-Ortiz, L.A. Garcia-Cerda, Y. Olivares-Maldonado, G. Castruita, J.A. Mercado-Silva, Y.A. Perera-Mercado, Preparation of spherical MCM-41 molecular sieve at room temperature: Influence of the synthesis conditions in the structural properties, Ceramics International 38 (2012) 6353-6358; T.-W. Kim, P.-W. Chung, V S.-Y. Lin, Facile Synthesis of Monodisperse Spherical MCM-48 Mesoporous Silica Nanoparticles with Controlled Particle Size, Chemistry of Materials 22 (2010) 5093-5104; M.A. Ballem, E. M. Johansson, J.M. Córdoba, M. Oden, Synthesis of hollow silica spheres SBA-16 with large-pore diameter, Materials Letters 65 (2011) 1066-1068; A. Katiyar, S. Yadav, P.G. Smirniotis, N.G. Pinto, Synthesis of ordered large pore SBA-15 spherical particles for adsorption of biomolecules, Journal of Chromatography A 1122 (2006) 13-20]. Um die Gebrauchseigenschaften zu verbessern, können die mit den vorstehend genannten Techniken erhaltenen Kohlenstoffmaterialien einer nachträglichen physikalischer oder chemischer Aktivierung unterzogen werden, und zwar mit ähnlichen Methoden wie diese, die für die Aktivkohle aus natürlichen Quellen verwendet werden, beispielsweise durch Teilvergasung des Kohlenstoffmaterials mit einem gasförmigen Mittel (z.B. Dampf, Kohlendioxid) oder chemischer Aktivierung mit einem Hydroxidlösung (z.B. KOH, NaOH) oder einer Säurelösung (z.B. H3PO4, HNO3).The technique most commonly described in the literature for the synthesis of coals with a spherical grain structure is the shaping of the spherical silica template (hard-template method). The typical process for synthesizing such carbon prints comprises: (i) obtaining the mesoporous silica globule with spherical particles, (ii) depositing the carbon precursor in the pore system of the silica, eg by impregnation, in situ polymerization or CVD deposition. (iii) carbonization of the resulting material in a neutral atmosphere at a temperature in the range of 800-1100 ° C to form the carbon-silica nanocomposite, and then (iv) removal of the silica template by means of strong alkali etching (e.g. B. NaOH) or HF. [M.-H. Kim, K.-B. Kim, SM. Park, KC Roh, Hierarchically structured activated carbon for ultracapacitors, Scientific Reports 6 (2016) 21182; M. Kim, SB Yoon, K. Sohn, JY Kim, C.-H. Shin, T. Hyeon, J.-S. Yu, Synthesis and characterization of spherical carbon and polymer capsules with hollow macroporous core and mesoporous shell structures, Microporous and Mesoporous Materials 63 (2003) 1-9; T.-W. Kim, P.-W. Chung, V S.-Y. Lin, Facile Synthesis of Monodisperse Spherical MCM-48 Mesoporous Silica Nanoparticles with Controlled Particle Size, Chemistry of. Materials 22 (2010) 5093-5104]. Commonly used as rigid matrices are commercially available, randomly ordered, silica-ordered porous silica gels and mesoporous ordered silica materials (e.g., SBA-15, SBA-16, MCM-41, MCM-48) made by the appropriate selection of surfactants Shape the ball to be shaped with a defined diameter. Resin resins, polyfurfyl alcohol, polyacrylonitrile and disaccharides (e.g., sucrose) [HI Melendez-Ortiz, LA Garcia-Cerda, Y. Olivares-Maldonado, G. Castruita, JA Mercado-Silva., Et al., As carbon precursors, are similar to those described above , YA Perera-Mercado, Preparation of spherical MCM-41 molecular sieve at room temperature: Influence of the synthesis conditions in the structural properties, Ceramics International 38 (2012) 6353-6358; T.-W. Kim, P.-W. Chung, V S.-Y. Lin, Facile Synthesis of Monodisperse Spherical MCM-48 Mesoporous Silica Nanoparticles with Controlled Particle Size, Chemistry of Materials 22 (2010) 5093-5104; MA Ballem, EM Johansson, JM Córdoba, M. Oden, Synthesis of hollow silica spheres SBA-16 with large-pore diameter, Materials Letters 65 (2011) 1066-1068; A. Katiyar, S. Yadav, PG Smirniotis, NG Pinto, Synthesis of ordered large pore SBA-15 spherical particles for adsorption of biomolecules, Journal of Chromatography A 1122 (2006) 13-20]. In order to improve the performance characteristics, the carbon materials obtained by the above techniques may be subjected to subsequent physical or chemical activation by similar methods to those used for activated carbon from natural sources, for example, by partial gasification of the carbon material with a gaseous one Agent (eg steam, carbon dioxide) or chemical activation with a hydroxide solution (eg KOH, NaOH) or an acid solution (eg H 3 PO 4 , HNO 3 ).
Katalytische Oxidation der flüchtigen organischen VerbindungenCatalytic oxidation of volatile organic compounds
Neben adsorptive Technologien, katalytische Nachverbrennung von VOCs ist ein breit verwendetes Verfahren zur dessen Entfernung aus der Gasphase. Die in diesem Verfahren eingesetzten Katalysatoren enthalten üblicherweise eine geringe Menge von Edelmetallen (z. B. Pt, Pd, Au oder Rh), die als Aktivphase hohe Leistungseffektivität, thermische Stabilität und Selektivität bei der Gewinnung von gewünschten Reaktionsprodukte (hauptsächlich H2O und CO2) aufweisen. Aufgrund hoher Herstellungskosten und Vergiftungsanfälligkeit werden jedoch intensive Forschungen angestellt, um alternative, katalytisch wirksame Materialien im VOCs-Nachverbrennungsverfahren zu finden. Beispiele für solche Anordnungen sind Katalysatoren, die Oxide von Übergangsmetallen und dessen Mischungen (z. B. CuO, Co3O4, MnO2, Fe2O3, CeO2) enthalten, die durch hohe Vergiftungsbeständigkeit (einschließlich mit schwefelhaltigen Verbindungen) und niedrigere Herstellungskosten im Vergleich zu Katalysatoren auf Basis von Edelmetallen charakterisiert sind. Wegen des günstigen Einflusses von der Entwicklung der spezifischen Oberfläche auf die Kalatysatorsaktivität wird die Aktivphase auf ein Trägermittel aufgebracht, das eine entsprechend ausgewählte Porosität, also eine exponierte Oberfläche, aufweist (z. B. γ-Al2O3, TiO2, ZrO2, Zeolithe, natürliche Aluminiumsilikate, poröses Siliciumdioxidgel) [R. Arroyo, G. Cordoba, J. Padilla, V.H. Lara, Influence of manganese ions on the anatase - rutile phase transition of TiO2 prepared by the sol-gel process. Materials Letters 54 (2002) 397-402; M.R. Moreles, B.P. Barbero, T. Lopez, L.E. Cadus, H. Moreng: Evoluantion and characterization of Mn-Cu mixed oxide catalyst supported on TiO2 and ZrO2 for ethanol total oxidation. Fuel 88 (2009) 2120-2129, Á. Szegedi, M. Popova, K. Lázár, S. Klébert, E. Drotár, Impact of silica structure of copper and ironcontaining SBA-15 and SBA-16 materials on toluene oxidation, Microporous and Mesoporous Materials 177 (2013) 97-104; A. Rokicińska, P. Natkański, B. Dudek, M. Drozdek, L. Litynska-Dobrzyńska, P. Kustrowski, Co3O4-pillared montmorillonite catalysts synthesized by hydrogel-assisted route for total oxidation of toluene, Applied Catalysis B: Environmental 195 (2016) 59-68]. Es wurde gezeigt, dass die auf einem ZrO2-Substrat abgeschiedene, tetragonale Struktur aufweisende Oxidsysteme größere Aktivität bei Totaloxidation der VOCs aufweisen als die auf Aluminiumdioxid aufgebrachte Katalysatoren, was durch die größere Reaktivität des in der ZrO2-Struktur vorliegenden Sauerstoffes bewirkt ist. Zur Verbesserung der katalytischen Eigenschaften, werden die auf dem Trägermittel abgeschiedenen Materialien zusätzlich mit Übergangs- oder Edelmetallen modifiziert [H.-J. Sedjame, C. Fontaine, G. Lafaye, J. Barbier Jr, On the promoting effect of the addition of ceria to platinum based alumina catalysts for VOCs oxidation, Applied Catalysis B: Environmental 144 (2014) 233-242; J.C. Rooke, T. Barakat, M. Franco Finol, P. Billemont, G. De Weireld, Y. Lie, R. Cousin, J.-M. Giraudon, S. Siffert, J.-F. Lamonier, B.L. Su, Influence of hierarchically porous niobium doped TiO2 supports in the total catalytic oxidation of model VOCs over noble metal nanoparticles, Applied Catalysis B: Environmental 142-143 (2013) 149-160].In addition to adsorptive technologies, catalytic post-combustion of VOCs is a widely used method for its removal from the gas phase. The catalysts used in this process usually contain a small amount of noble metals (eg Pt, Pd, Au or Rh), which as active phase high power efficiency, thermal stability and selectivity in the recovery of desired reaction products (mainly H 2 O and CO 2 ). However, due to high manufacturing costs and poisoning, intensive research is being undertaken to find alternative, catalytically active materials in the VOCs post-combustion process. Examples of such arrangements are catalysts containing oxides of transition metals and mixtures thereof (eg, CuO, Co 3 O 4 , MnO 2 , Fe 2 O 3 , CeO 2 ), which may be replaced by high poisoning resistance (including with sulfur containing compounds) and lower manufacturing costs compared to noble metal based catalysts. Because of the favorable influence of the development of the specific surface on the Kalatysatorsaktivität the active phase is applied to a carrier having a correspondingly selected porosity, ie an exposed surface has (eg., Γ-Al 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , Zeolites, natural aluminum silicates, porous silica gel) [R. Arroyo, G. Cordoba, J. Padilla, VH Lara, Influence of manganese ions on the anatase - rutile phase transition of TiO 2 prepared by the sol-gel process. Materials Letters 54 (2002) 397-402; MR Moreles, BP Barbero, T. Lopez, LE Cadus, H. Moreng: Evoluantion and characterization of Mn-Cu mixed oxide catalyst supported on TiO 2 and ZrO 2 for ethanol total oxidation. Fuel 88 (2009) 2120-2129, Á. Szegedi, M. Popova, K. Lázár, S. Klébert, E. Drotár, SBA-15 and SBA-16 materials on toluene oxidation, Microporous and Mesoporous Materials 177 (2013) 97-104; A. Rokicińska, P. Natkański, B. Dudek, M. Drozdek, L. Litynska-Dobrzyńska, P. Kustrowski, Co 3 O 4 -pillared montmorillonite catalysts synthesized by hydrogel-assisted route for total oxidation of toluene, Applied Catalysis B: Environmental 195 (2016) 59-68]. It has been shown that the tetragonal structure deposited on a ZrO 2 substrate has greater activity with total oxidation of the VOCs than the catalysts supported on alumina, which is due to the greater reactivity of the oxygen present in the ZrO 2 structure. To improve the catalytic properties, the materials deposited on the carrier are additionally modified with transition or noble metals [H.-J. Sedjame, C. Fontaine, G. Lafaye, J. Barbier Jr, On the promoting effect of the addition of ceria to platinum based alumina catalysts for VOC oxidation, Applied Catalysis B: Environmental 144 (2014) 233-242; JC Rooke, T. Barakat, M. Franco Finol, P. Billemont, G. De Weireld, Y. Lie, R. Cousin, J.-M. Giraudon, S. Siffert, J.-F. Lamonier, BL Su, Influence of hierarchically porous niobium doped TiO 2 supports in the total catalytic oxidation of model VOCs on noble metal nanoparticles, Applied Catalysis B: Environmental 142-143 (2013) 149-160].
In der Fachliteratur wurden Beispiele von erfolgreichen Synthesen der sphärischen Materialien auf Basis von ZrO2 beschrieben, in den dieser Inhaltsstoff den Kern der Sphäre („core“) oder die Hülle („shell“) bildet. In dem ersten der genannten Fälle werden die sphärischen porösen Partikeln von Zirconium(IV)-oxid mit dem hydrothermalen oder Sol-Gel-Verfahren oder unter Verwendung von weichen und harten strukturbildenden Templaten synthetisiert [Y. Chang, C. Wang, T. Liang, C. Zhao, X. Luo, T. Guo, J. Gong, H. Wu, Sol-gel Synthesis of Mesoporous Spherical Zirconia, RSC Advances 5 (2015) 104629-104634]. Andererseits ist für die Gewinnung von sphärischen ZrO2-Hüllen, die sog. Shell-Materialien, die Verwendung von einem sphärischen Kern notwendig, auf dessen Oberfläche eine Schicht vom ZrO2-Vorläufer abgeschieden wird, z. B. im Wege von Hydrolyse der Zirkon- oder Zirkonylchlorid-Alkoholate [H. Zhang, Z.-T. An, Q. Tang, W.-C. Li, Optimization design of novel spray reaction synthesis of mesoporous c-ZrO2 spherical particles, Journal of Computer-Aided Materials Design 14 (2007) 309-316]. In Abhängigkeit von dem verwendeten Material kann der Kern im Wege von Calcinacion entfernt werden (im Falle von Polymerpartikeln) oder Ätzen (im Falle von einem Siliciumdioxid-Kern) [Y. Jiang, S. Yang, X. Ding, Y. Guo, H. Bala, J. Zhao, K. Yu, Z. Wang, Synthesis and catalytic activity of stable hollow ZrO2-SiO2 spheres with mesopores in the shell wall, Journal of Materials Chemistry 15 (2005) 2041-2046; J. Yin, X. Qian, J. Yin, M. Shi, J. Zhang, G. Zhou, Preparation of polystyrene/zirconia core-shell microspheres and zirconia hollow shells, Inorganic Chemistry Communications 6 (2003) 942-945].Examples of successful syntheses of ZrO 2 based spherical materials in which this ingredient forms the core of the core or the shell have been described in the literature. In the first of these cases, the spherical porous particles of zirconium (IV) oxide are synthesized by the hydrothermal or sol-gel method or using soft and hard pattern-forming templates [Y. Chang, C. Wang, T. Liang, C. Zhao, X. Luo, T. Guo, J. Gong, H. Wu, Sol-gel Synthesis of Mesoporous Spherical Zirconia, RSC Advances 5 (2015) 104629-104634]. On the other hand, for the production of spherical ZrO 2 shells, the so-called shell materials, the use of a spherical core is necessary, on whose surface a layer of ZrO 2 precursor is deposited, for. B. by hydrolysis of zirconium or zirconyl alcoholates [H. Zhang, Z.-T. An, Q. Tang, W.-C. Li, Optimization design of novel spray reaction synthesis of mesoporous c-ZrO 2 spherical particles, Journal of Computer-Aided Materials Design 14 (2007) 309-316]. Depending on the material used, the core can be removed by calcinacion (in the case of polymer particles) or etching (in the case of a silica core) [Y. Jiang, S. Yang, X. Ding, Y. Guo, H. Bala, J. Zhao, K. Yu, Z. Wang, Synthesis and catalytic activity of stable hollow ZrO 2 -SiO 2 spheres with mesopores in the shell wall, Journal of Materials Chemistry 15 (2005) 2041-2046; J. Yin, X. Qian, J. Yin, M. Shi, J. Zhang, G. Zhou, Preparation of polystyrene / zirconia core-shell microspheres and zirconia hollow shells, Inorganic Chemistry Communications 6 (2003) 942-945].
Verbundmaterialien mit Kern-Hülle-Aktivphase-Struktur sind aus der Patentliteratur bekannt, einschließlich in Bezug auf die adsorptive-katalytische Funktion bei Eliminierung von flüchtigen organischen Verbindungen. Beispielsweise offenbart die internationale Anmeldung
In
Die US-Patentanmeldung
Die in dem chinesischen Patent
Die Entwicklung von neuen Verbundmaterialien, die derartig ausgewählte Inhaltsstoffe aufweisen, dass die entsprechende Materialfunktionalität sichergestellt wird, ist in einem sich sehr intensiv entwickelndem Technologiebereich wie Materialwissenschaft sehr gewünscht. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, Funktionsmaterialien der neuen Generation sowohl für Adsorptions- als auch für katalytische Anwendungen im Bereich der VOC-Elimination zu entwickeln.The development of new composite materials that have such selected ingredients to ensure the appropriate material functionality is highly desired in a very rapidly evolving technology field such as materials science. The object of the present invention is to develop new-generation functional materials for both adsorption and catalytic applications in the field of VOC elimination.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verbundmaterial in Form von Festpartikeln mit Kern-Hülle-Aktivphase-Struktur, das einen Kern aus Adsorptionsmaterial, wenigstens ein anorganisches Oxid und Partikeln der katalytisch aktiven Phase umfasst, dadurch charakterisiert, dass:
- - poröser Kohlenstoff das Adsorptionsmaterial darstellt,
- - das anorganische Oxid, dass die Kernhülle und das Trägermittel der katalytisch aktiven Phase darstellt, aus der Zirkoniumoxid, Titaniumoxid, Aluminiumoxid, Ceroxid umfassenden Gruppe ausgewählt ist,
- - die katalytisch aktive Phase aus Nanopartikeln und ihren Agglomeraten auf Basis von Metallen oder Metalloxiden besteht, die aus der Pt, Pd, Rh, Re, Ir, Au, Co3O4, CuO, Mn2O3, MnO2, Mn3O4, CeO2, NiO, ZnO, Fe2O3 oder ihre Mischungen umfassenden Gruppe ausgewählt sind.
- porous carbon represents the adsorbent material,
- the inorganic oxide representing the core shell and the carrier of the catalytically active phase is selected from the group comprising zirconium oxide, titanium oxide, alumina, cerium oxide,
- - The catalytically active phase consists of nanoparticles and their agglomerates based on metals or metal oxides consisting of the Pt, Pd, Rh, Re, Ir, Au, Co 3 O 4 , CuO, Mn 2 O 3 , MnO 2 , Mn 3 O 4 , CeO 2 , NiO, ZnO, Fe 2 O 3 or mixtures thereof are selected.
Vorzugsweise sind die Festpartikeln des Verbundmaterials kugelförmig. Vorzugsweise haben die Festpartikeln den Durchmesser im Bereich von 50 nm bis 500 µm.Preferably, the solid particles of the composite material are spherical. Preferably, the solid particles have the diameter in the range of 50 nm to 500 microns.
Der Kohlenstoffkern des Verbundmaterials ist vorzugsweise ein mesoporöses Kohlenstoffmaterial mit der spezifischen Oberfläche aus dem Bereich von 200-2000 m2/g und dem Porenvolumen aus dem Bereich von 0,3 bis 2,5 cm3/g. Mehr bevorzugt weist die poröse Kohlenstoffkernoberfläche einen Gehalt an Sauerstoff-Funktionsgruppen im Bereich von bis zu 15 Gew.-% auf. O.The carbon core of the composite material is preferably a mesoporous carbon material having the specific surface area in the range of 200-2000 m 2 / g and the pore volume in the range of 0.3 to 2.5 cm 3 / g. More preferably, the porous carbon core surface has a content of oxygen functional groups in the range of up to 15% by weight. O.
Vorzugsweise ist das Verbundmaterial dadurch charakterisiert, dass das anorganische Oxid porös ist und Dicke der Hülle aus diesem Oxid im Bereich von 10-100 nm ist.Preferably, the composite material is characterized in that the inorganic oxide is porous and the thickness of the shell of this oxide is in the range of 10-100 nm.
Vorzugsweise ist das Verbundmaterial dadurch charakterisiert, dass die katalytisch aktive Phase aus Metallen oder den auf die Hülle aus dem anorganischen Oxid aufgebrachten Metalloxiden und der Hülle selbst aufgebaut ist. Vorzugsweise sind Metalle oder Metalloxide, die die Aktivphase bilden, aus der Pt, CuO, Co3O4 umfassenden Gruppe ausgewählt. Vorzugsweise werden die Nanopartikeln der katalytisch aktiven Phase an der Oberfläche des anorganischen Oxids ohne Kontakt zum Kohlenstoffkern abgeschieden. Vorzugsweise beträgt die Menge des katalytisch aktiven Metalls im Endmaterial von 0,1 bis 25,0% in Bezug auf die Gesamtmasse der Sauerstoffhülle.The composite material is preferably characterized in that the catalytically active phase is composed of metals or the metal oxides applied to the shell of the inorganic oxide and the shell itself. Preferably, metals or metal oxides which form the active phase are selected from the group comprising Pt, CuO, Co 3 O 4 . Preferably, the nanoparticles of the catalytically active phase are deposited on the surface of the inorganic oxide without contact with the carbon nucleus. Preferably, the amount of catalytically active metal in the final material is from 0.1 to 25.0% relative to the total mass of the oxygen shell.
Gegenstand der Erfindung ist auch das Verfahren zum Erhalten von dem oben beschriebenen Verbundmaterial, das folgende Schritte umfasst:
- a) Erhalten von porösem Kohlenstoffmaterial,
- b) Aufbringen der Sauerstoffhülle auf den Kern aus porösem Kohlenstoffmaterial,
- c) Abscheidung von den Partikeln der katalytisch aktiven Phase an die Sauerstoffhülle.
- a) obtaining porous carbon material,
- b) applying the oxygen shell to the core of porous carbon material,
- c) deposition of the particles of the catalytically active phase to the oxygen shell.
Das Verfahren zum Erhalten des Materials ist vorzugsweise dadurch charakterisiert, dass der Schritt a) mit der Formgebung der starren Siliciumdioxid-Template durchgeführt wird, wo der Kohlenstoffvorläufer in die Siliciumdioxid-Matrize durch Imprägnierung, Abscheidung aus der Gasphase oder In-situ Polymerisation eingebracht wird. Die Polymere, die im Wege der In-situ Polymerisation von Monomeren, die aus der Furfurylalkohol, Phenol-Formaldehyd-Mischung und Acrylnitril umfassenden Gruppe ausgewählt sind, erhalten werden, sind vorzugsweise der Kohlenstoffvorläufer. Ebenfalls bevorzugt sind die aus der Gruppe: Saccharose, Glukose und Xylose ausgewählten Zucker der Kohlenstoffvorläufer.The method of obtaining the material is preferably characterized by performing step a) with the formation of the rigid silica templates where the carbon precursor is introduced into the silica matrix by impregnation, vapor deposition or in situ polymerization. The polymers obtained by in situ polymerization of monomers selected from the group consisting of the furfuryl alcohol, phenol-formaldehyde mixture and acrylonitrile are preferably the carbon precursor. Likewise preferred are the sugars selected from the group: sucrose, glucose and xylose of the carbon precursors.
Vorzugsweise wird das Verfahren zum Erhalten des Verbundmaterials dadurch charakterisiert, dass die Siliciumdioxid-Template auf Siliciumdioxidgel oder mesoporösen Siliciumdioxid-Materialien vom Typ SBA-15, SBA-16, MCM-41 und MCM-48 mit sphärischer Partikelform basieren.Preferably, the method of obtaining the composite is characterized by the silica templates being based on silica gel or mesoporous silica materials of the SBA-15, SBA-16, MCM-41 and MCM-48 spherical particle form.
Das Verfahren zum Erhalten des Verbundmaterials wird vorzugsweise dadurch charakterisiert, dass das Erhalten von porösem Kohlenstoffmaterial besteht darin, dass der Kohlenstoffvorläufer in das Porensystem des sphärischen Siliciumdioxid-Materials eingebracht wird um einen Polymer-Siliciumdioxid-Verbundstoff zu gewinnen, der anschließend der Karbonisation bei einer Temperatur im Bereich von 600-1000°C unter einer Inertgasatmosphäre (Argon, Stickstoff, Helium) unterzogen wird, und dann das Siliciumdioxid aus dem Kohlenstoff-Siliciumdioxid-Material durch Ätzen mit alkalischer oder saurer Lösung entfernt wird. Vorzugsweise führt das Ätzen des Siliciumdioxids aus dem Kohlenstoff-Siliciumdioxid-Verbundstoff zur Modifizierung seiner Oberfläche, die in der Generierung von Sauerstoff-Funktionsgruppen auf der Kohlenstoff-Oberfläche besteht. Vorzugsweise erfolgt das Ätzen unter Verwendung von NaOH mit einer Konzentration im Bereich von 1-5 M oder von der HF-Lösung mit einer Konzentration im Bereich von 1 bis 10% bei einer Temperatur aus dem Bereich 25-90°C, um einen entsprechend hydrophilen oder hydrophoben Charakter der Kernoberfläche zu erzielen.The method of obtaining the composite material is preferably characterized by obtaining porous carbon material by introducing the carbon precursor into the pore system of the spherical silica material to recover a polymer-silica composite which is subsequently carbonized at a temperature in the range of 600-1000 ° C under an inert gas atmosphere (argon, nitrogen, helium), and then the silica is removed from the carbon-silica material by etching with alkaline or acidic solution. Preferably, etching the silica from the carbon-silica composite results in modification of its surface, which is the generation of oxygen functional groups on the carbon surface. Preferably, the etching is carried out using NaOH having a concentration in the range of 1-5 M or of the HF solution having a concentration in the range of 1 to 10% at a temperature in the range 25-90 ° C to a correspondingly hydrophilic or to achieve hydrophobic character of the core surface.
Vorzugsweise wird Verfahren zum Erhalten des Verbundmaterials dadurch charakterisiert, dass die Entfernung von Siliciumdioxid vor oder nach der Abscheidung von der Hülle des anorganischen Oxids durchgeführt wird.Preferably, method of obtaining the composite material is characterized by performing the removal of silica before or after deposition from the shell of the inorganic oxide.
Vorzugsweise wird die Oxidhülle im Verfahren im Schritt b) durch Hydrolyse und Polykondensation eines Metallalkoholats in wasserfreier Alkohollösung in Gegenwart eines Tensids aufgebracht.Preferably, the oxide shell is applied in the process in step b) by hydrolysis and polycondensation of a metal alcoholate in anhydrous alcohol solution in the presence of a surfactant.
Vorzugsweise wird das Material nach Schritt b) des Verfahrens 1 bis 48 Stunden lang bei einer Temperatur aus dem Bereich von 600-1000°C unter Inertgasatmosphäre getrocknet und karbonisiert, wobei die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 0,1 bis 50°C/min erhöht wird.Preferably, after step b) of the process, the material is dried and carbonated for 1 to 48 hours at a temperature in the range of 600-1000 ° C under an inert gas atmosphere, the temperature increasing at a rate of 0.1 to 50 ° C / min becomes.
Das Verfahren zum Erhalten eines Verbundmaterials ist vorzugsweise dadurch charakterisiert, dass die Nanopartikeln der katalytisch aktiver Phase in Schritt c) auf die Schicht des anorganischen Oxids mit dem Imprägnierungsverfahren aus einer Lösung einer leicht löslichen Verbindung eines ausgewählten Metalls aufgebracht werden.The method for obtaining a composite material is preferably characterized in that the nanoparticles of the catalytically active phase in step c) are applied to the inorganic oxide layer by the impregnation method from a solution of a readily soluble compound of a selected metal.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung des oben beschriebenen Verbundmaterials zur Eliminierung der flüchtigen organischen Verbindungen im Wege der Adsorption in dem aus porösem Kohlenstoff gebildeten Kern und ihrer nachträglichen katalytischen Oxidation durch die in der Hülle vorliegende katalytisch aktive Phase.The invention also relates to the use of the composite material described above for the elimination of the volatile organic compounds by adsorption in the core formed from porous carbon and their subsequent catalytic oxidation by the catalytically active phase present in the shell.
Vorzugsweise erfolgt die Adsorption von flüchtigen organischen Verbindungen bei einer Temperatur im Bereich von 20-100°C, und die katalytische Nachverbrennung im Temperaturbereich über 150°C. Bevorzugt sind die flüchtigen organischen Verbindungen aus der Gruppe ausgewählt, die aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ketone, Aldehyde und Ester umfasst.Preferably, the adsorption of volatile organic compounds takes place at a temperature in the range of 20-100 ° C, and the catalytic afterburning in the temperature range above 150 ° C. Preferably, the volatile organic compounds are selected from the group comprising aliphatic and aromatic hydrocarbons, alcohols, ketones, aldehydes and esters.
Der Begriff „Verbundmaterial“ bezeichnet das erfindungsgemäße Verbundmaterial.The term "composite material" refers to the composite material according to the invention.
Zwecks dieser Beschreibung betrifft der Begriff „Polymer-Siliciumdioxid-Verbundstoff“ ein Material, das aus dem Siliciumdioxidgerüst und einem in diesem inkorporierten, den Kohlenstoffvorläufer bildenden Polymer besteht, und „Kohlenstoff-Siliciumdioxid-Verbundstoff“ oder „Kohlenstoff-Siliciumdioxid-Material“ stellt einen Polymer-Siliciumdioxid-Verbundstoff nach der thermischen Modifizierung dar, in der den Polymerteil karbonisiert wurde.For purposes of this description, the term "polymer-silica composite" refers to a material consisting of the silica skeleton and a carbon precursor-forming polymer incorporated therein, and "carbon-silica composite" or "carbon-silica material" a polymer-silica composite after the thermal modification in which the polymer part was carbonized.
Der Begriff „Kohleabdruck“ bezeichnet ein Kohlenstoffmaterial, das durch die Entfernung von dem Siliciumdioxid-Templat aus dem Kohlenstoff-Siliciumdioxid-Verbundstoff gewonnen wird.The term "carbon print" refers to a carbon material obtained by removal from the silica-silica composite carbon dioxide template.
Zur Realisierung der Erfindung können handelsübliche Mittel eingesetzt werden, die unter anderem auch Siliciumdioxid-Materialien vom Typ SBA-15, SBA-16, MCM-41 und MCM-48 umfassen, die auch nach den dem Sachverständigen bekannten Syntheseverfahren hergestellt werden können.Commercially available means including, but not limited to, SBA-15, SBA-16, MCM-41, and MCM-48 silica materials, which may also be prepared by the synthetic method known to those skilled in the art, may be used to practice the invention.
Wenn es nicht anders definiert wurde, werden alle Gehalte der Inhaltsstoffe in dieser Beschreibung in Gewichtsprozenten (Gew.-%) angegeben.Unless defined otherwise, all levels of ingredients in this specification are given in weight percentages (wt.%).
Es wurde also ein neues Verbundmaterial entwickelt, innerhalb dessen der den sphärischen Kern („core“) bildende, porösen Charakter aufweisende Kohlenstoffteil verbunden wurde, dessen Aufgabe die Gewährleistung einer hohen Sorptionskapazität gegen VOCs in der adsorptiven Phase des Verfahrens ist (Arbeit in der Umgebungstemperatur). Durch die Verwendung verschiedener Verbindungen zur Eliminierung der Siliciumdioxid-Matrize aus dem Vorläufer des Katalysator-Kerns (einschließlich NaOH, HF), verschiedener Konzentrationen der Lösungen von dieser Verbindungen und verschiedener Bedingungen (Temperatur, die Zeit des Ätzens des Siliciumdioxid-Templats) ist die Modifizierung der Oberfläche des in Form von nanomikrometrischen Kugeln gestalteten Kohlenstoffkerns ermöglicht, die die gewünschte Adsorptionseigenschaften dieses Teils des Verbundmaterials gewährleistet.Thus, a new composite material has been developed within which the spherical core ("core") forming porous character carbon bond has been joined, the task of which is to ensure a high sorption capacity against VOCs in the adsorptive phase of the process (ambient temperature work). , By using various compounds to eliminate the silica template from the catalyst core precursor (including NaOH, HF), various concentrations of the solutions of these compounds, and various conditions (temperature, time of etching of the silica template) is the modification allows the surface of the shaped in the form of nanomicrometric spheres carbon core, which ensures the desired adsorption properties of this part of the composite material.
Es wird beobachtet, dass in Abhängigkeit von dem verwendeten Verbundmaterial, z. B. zur Eliminierung einer konkreten Gruppe von VOCs, besondere Modifizierungsweisen der Kohlenstoffkern-Oberfläche gewünscht sind:
- - zur Eliminierung von polaren und unpolaren VOCs ist es bevorzugt, die Gegenwart der Gruppen mit einer hohen Hydrophilität (Sauerstoff-Funktionsgruppen) auf der Kohlenstoffkern-Oberfläche zu gewährleisten, was durch die Verwendung von NaOH als das die Siliciumdioxid-Matrize ätzende Agent erzielt wird,
- - zur Eliminierung von unpolaren VOCs, wie aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, ist es bevorzugt, die Gegenwart eines niedrigen Gehalts an Sauerstoff-Funktionsgruppen auf der Kohlenstoffkern-Oberfläche zu gewährleisten, was durch die Verwendung von HF während der Entfernung von der Siliciumdioxid-Matrize erzielt wird.
- to eliminate polar and nonpolar VOCs, it is preferred to ensure the presence of the groups having high hydrophilicity (oxygen functional groups) on the carbon core surface, which is achieved by using NaOH as the silica matrix corrosive agent,
- to eliminate non-polar VOCs, such as aliphatic and aromatic hydrocarbons, it is preferred to ensure the presence of a low level of oxygen functional groups on the carbon core surface, which is achieved by the use of HF during removal from the silica die ,
Im Gegensatz zu anderen Materialien vom Kern-Hülle Typ, wo der Kern auf porösem Kohlenstoff basiert, ist die oben beschriebene Modifizierung für dieses Verbundmaterial innovativ und enorm wichtig für die Lösung der Aufgabe der Erfindung, da sie die Kontrolle der Menge von oberflächlichen Sauerstoffgruppen ermöglicht, die für die hohe adsorptive Kapazität des Kohlenstoffkerns gegen die Dämpfe der polaren flüchtigen organischen Verbindungen verantwortlich ist. Darüber hinaus erlaubt sie die Eigenschaften des Verbundmaterials an die Eliminierung konkreter Gruppen von VOCs Verbindungen anzupassen.Unlike other core-shell type materials where the core is based on porous carbon, the modification described above for this composite material is innovative and enormously important in achieving the object of the invention, as it allows control of the amount of superficial oxygen groups. which accounts for the high adsorptive capacity of the carbon core against the vapors of the polar VOCs. In addition, it allows the properties of the composite material to be tailored to the elimination of specific groups of VOCs compounds.
Nanomikrometrische kugelförmige Kohlenstoffkörner wurden mit einer dünnen, aus einem anorganischen Oxid gebildeten Hülle („shell“) beschichtet, deren Aufgabe ist, den Kohlestoffkern während der Materialarbeit im Zuge der katalytischen VOCs-Nachverbrennung im desorptiven Zyklus zu schützen (bei einer erhöhten Temperatur geführte Betriebsphase). Zusätzlich, um die katalytischen Eigenschaften des Materials zu verbessern, wurde die poröse anorganische Hülle modifiziert, indem eine katalytisch aktive Phase in Form von nanometrischen Metallpartikeln (z. B. Pt, Pd, Rh, Re, Ir, Au) oder einem Oxid eines Übergangsmetalls (z. B. CuO, Co3O4, Mn2O3, MnO2, Mn3O4, CeO2, Fe2O3) oder einer Mischung der genannten Inhaltstoffe auf sie aufgebracht wurde. Es ist hervorzuheben, dass die gemäß der Erfindung im Verbundmaterials vorhandene katalytisch aktive Phase nicht homogen über das gesamte Volumen der anorganischen Oxidhülle verteilt ist, sondern hauptsächlich auf ihrer Oberfläche abgeschieden bleibt. Der Transport der Moleküle zwischen dem inneren und äußeren Teil des Materials ist durch die Verwendung von einem porösen anorganischen Trägermittel aus der Gruppe ZrO2, Al2O3, TiO2, CeO2 ermöglicht - im Gegensatz zu den Verbundmaterialien aus dem Stand der Technik, wo das anorganische Trägermittel massiv/nicht porös ist - welches die Vergrößerung vom Dispersitätsgrad der Aktivphase beeinflusst und die Rolle des Separators von dem Kohlenstoffteil und der katalytisch aktiven Phase spielt, dessen Kontakt zur allmählichen Vergasung des Adsorbenten führen könnte.Nanomicrometric spherical carbon grains have been coated with a thin shell formed of an inorganic oxide, the purpose of which is to protect the carbon core during desorptive cycle catalytic work during VOC post-combustion (at an elevated temperature-controlled operating phase). , In addition, to improve the catalytic properties of the material, the porous inorganic shell has been modified to form a catalytically active phase in the form of nanometric metal particles (eg, Pt, Pd, Rh, Re, Ir, Au) or a transition metal oxide (For example, CuO, Co 3 O 4 , Mn 2 O 3 , MnO 2 , Mn 3 O 4 , CeO 2 , Fe 2 O 3 ) or a mixture of said ingredients was applied to them. It should be emphasized that the catalytically active phase present in the composite according to the invention is not homogeneously distributed over the entire volume of the inorganic oxide shell, but remains mainly deposited on its surface. The transport of the molecules between the inner and outer part of the material is made possible by the use of a porous inorganic support from the group ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , CeO 2 - in contrast to the prior art composite materials, where the inorganic carrier is solid / non-porous - which affects the increase in the degree of dispersity of the active phase and plays the role of separator of the carbon part and the catalytically active phase, the contact of which could lead to the gradual gasification of the adsorbent.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung gegen die im Stand der Technik offenbarten Lösungen bestehen in:
- - Umfassung von drei Arten von Substanzen mit unterschiedlichen Eigenschaften mit einem Verbundmaterial,
- - Erzielung der Multifunktionalität des Materials durch die entsprechend ausgewählten Inhaltsstoffe, was wie folgt vereinfacht dargestellt werden kann: Kern - Adsorption; anorganisches Oxid - Trägermittel und die Umhüllung vor der Deaktivierung (Vergasung) des Kerns; Aktivphase - Oxidation der adsorbierten VOCs;
- - Begrenzung der unvorteilhaften Deaktivierung des Kerns, der aus porösem Kohlenstoff gebildet ist, durch die oben beschriebene Modifizierung der Oberfläche;
- - Begrenzung der Durchdringung von Partikeln der katalytischen Phase in die Schicht des anorganischen Oxids, das das Trägermittel für die Aktivphase bildet, und damit die weitere Begrenzung der unvorteilhaften Deaktivierung von porösem Kohlenstoff, sowie die Erzielung einer hohen katalytischen Kapazität durch Exponieren der Katalysatorpartikeln;
- - Verwendung des Materials zur Eliminierung von flüchtigen organischen Verbindungen in katalytisch-adsorptiven Zyklen, die bei entsprechend niedrigen (20-100°C) und hohen Temperaturen geführt werden (über 150°C).
- - Möglichkeit, die Art und Menge von Oberflächenfunktionsgruppen der Kohlenstoffkerns zu kontrollieren, die eine selektive Adsorption von polaren und unpolaren flüchtigen organischen Verbindungen.
- - Encircling three types of substances with different properties with a composite material,
- Achieving the multifunctionality of the material by the appropriately selected ingredients, which can be simplified as follows: core adsorption; inorganic oxide - carrier and the coating before deactivation (gasification) of the core; Active phase - oxidation of adsorbed VOCs;
- Limiting the unfavorable deactivation of the core formed of porous carbon by the surface modification described above;
- Limiting the penetration of catalytic phase particles into the inorganic oxide layer forming the active phase carrier, thus further limiting the unfavorable deactivation of porous carbon, as well as achieving a high catalytic capacity by exposing the catalyst particles;
- - Use of the material for elimination of volatile organic compounds in catalytic-adsorptive cycles, which are conducted at correspondingly low (20-100 ° C) and high temperatures (above 150 ° C).
- - Possibility to control the type and amount of surface functional groups of the carbon nucleus that allow selective adsorption of polar and nonpolar volatile organic compounds.
Die Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die jedoch nicht darauf gerichtet sind, den Schutzumfang einzuschränken. Einem Experten auf diesem Gebiet wird klar sein, dass es möglich ist, die in den Ausführungsbeispielen genannten Mittel zu ersetzen, um die Bedingungen des Verfahrens zum Erhalten von Material anzupassen, das alternative Variante der Erfindung umfasst, die die in den Patentansprüchen aufgeführten Inhaltsstoffe umfassen.The invention has been explained with reference to exemplary embodiments, which, however, are not directed to limiting the scope of protection. One of ordinary skill in the art will appreciate that it is possible to substitute the means recited in the embodiments to adapt the conditions of the method of obtaining material comprising alternative variant of the invention comprising the ingredients listed in the claims.
Im Folgenden sind die Beschreibungen der Figuren dargestellt, die im Einzelnen in Ausführungsbeispielen erläutert sind.
-
1 veranschaulicht die Isothermen der Adsorption-Desorption von Stickstoff für das Verbundmaterial MCM-48/CMK-1@ZrO2 bevor und nach der Entfernung von dem Siliciumdioxid-Templat unter Verwendung von 1 M NaOH bei 25°C (Probe CMK-1@ZrO2_1M_25°C) und 3 M NaOH bei 50°C (CMK-1@ZrO2_3M_50°C). -
2 veranschaulicht die Ergebnisse der durchgeführten Adsorptionstests, den die Kohlenstoffabdrucke unterzogen werden, die im Folge der Extraktion von einem strukturbildenden Templat mithilfe 5% HF und 1 M NaOH erhalten wurden. -
3 veranschaulicht die Ergebnisse der katalytischenTests von Materialien 1%Pt-CMK1@ZrO2 (Ausführungsbeispiel 1) und Materialien 10%CuO-sC@ZrO2 und 10%Co3O4-sC@ZrO2 (Ausführungsbeispiel 2). Die Signaturen der Materialien werden im Folgenden im Abschnitt mit Ausführungsbeispielen entziffert.
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1 Figure 3 illustrates the adsorption-desorption nitrogen isotherms for the composite MCM-48 / CMK-1 @ ZrO 2 before and after removal from the silica template using 1 M NaOH at 25 ° C (sample CMK-1 @ ZrO 2 _1M_25 ° C) and 3 M NaOH at 50 ° C (CMK-1 @ ZrO 2 _3M_50 ° C). -
2 illustrates the results of the adsorption tests performed on the carbon prints obtained as a result of extraction from a patterning template using 5% HF and 1 M NaOH. -
3 Fig. 12 illustrates the results of the catalytic tests ofmaterials 1% Pt-CMK1 @ ZrO 2 (Embodiment 1) and materials 10% CuO-sC @ ZrO 2 and 10% Co 3 O 4 -sC @ ZrO 2 (Embodiment 2). The signatures of the materials are deciphered below in the section with exemplary embodiments.
BeispieleExamples
In Ausführungsbeispielen wurden folgende Bezeichnungen für konkrete Materialien verwendet:
- MCM-48/CMK-1@ZrO2 - Kohlenstoff-Siliciumdioxid-Verbundstoff mit Kohlenkern mit Bezeichnung CMK-1, mit dem Siliciumdioxid vom Typ MCM-48 und mit einer Schicht des Zirkonoxids,
- CMK-1@ZrO2 - Kohleabdruck CMK-1 mit der aufgebrachten Schicht des Zirkonoxids ZrO2, nach der Entfernung von dem strukturbildenden Templat aus Verbundstoff MCM-48/CMK-1@ZrO2 (Bezeichnung ohne Angabe von der Bedingungen für die Entfernung der Siliziumdioxid-Matrize allgemein verwendet).
- CMK-1@ZrO2_1M_25°C - Kohleabdruck CMK-1 mit der aufgebrachten Schicht des Zirkondioxids ZrO2, nach der Entfernung von dem strukturbildenden Templat bei einer Temperatur von 25°C unter Verwendung von 1 M NaOH.
- 10%Co3O4- sC@ZrO2 - der auf Basis von sphärischem Siliciumdioxidgel erhaltene Kohleabdruck mit der aufgebrachten Schicht des Zirkonoxid ZrO2 und abgeschiedener Aktivphase Co3O4 in einer Menge von 10 Gew.-% Co in Bezug auf das Gewicht des anorganischen Oxids (ZrO2-Hülle).
- sC - der sphärische, auf Basis von dem handelsüblichen sphärischen Siliciumdioxidgel erhaltene Kohleabdruck.
- MCM-48 / CMK-1 @ ZrO 2 - Carbon-silica composite with carbon nucleus designated CMK-1, with MCM-48 type silica and with a layer of zirconia,
- CMK-1 @ ZrO 2 - carbon print CMK-1 with the applied layer of zirconia ZrO 2 , after removal from the structure-forming template of composite MCM-48 / CMK-1 @ ZrO 2 (designation without specifying the conditions for the removal of the Silica die generally used).
- CMK-1 @ ZrO 2 _1M_25 ° C - carbon print CMK-1 with the applied layer of zirconia ZrO 2 after removal from the patterning template at a temperature of 25 ° C using 1 M NaOH.
- 10% Co 3 O 4 - sC @ ZrO 2 - the carbonaceous impression obtained on the basis of spherical silica gel with the coated layer of zirconium oxide ZrO 2 and deposited active phase Co 3 O 4 in an amount of 10% by weight of Co by weight of the inorganic oxide (ZrO 2 envelope).
- sC - the spherical carbon print obtained on the basis of the commercial spherical silica gel.
Andere, analogische Bezeichnungen sollen anhand der oben erwähnten Bezeichnungen entziffert werden. Other, analogical names are to be deciphered by the above-mentioned terms.
Beispiel 1example 1
Im Folgenden wird das Verfahren zum Erhalten des erfindungsgemäßen Verbundmaterials dargestellt.The following is the process for obtaining the composite material of the present invention.
Synthese von sphärischem mesoporösem Siliciumdioxid-Material vom Typ MCM-48Synthesis of Spherical Mesoporous Silica Material Type MCM-48
In einen Rundkolben mit einem Volumen von 500 mL wurden 67,0 mL destilliertes Wasser, 105,0 mL Methanol (99,8% Aldrich), 30,0 mL Amonniakwasser (Wasserlösung 25%, POCH), 16,0 mL Hexadecyltrimethylammoniumchlorid (Wasserlösung 25% Aldrich) eingebracht. Die Lösung wurde mit einem Magnetrührer (400 rpm) bei Raumtemperatur 15 Min. lang gerührt. Anschließend wurden 15,0 mL Tetraethoxysilan (TEOS, 98%, Aldrich) mit einer Dosierungsrate von ca. 2-3 Tropfen pro Sekunde unter ständigem Rühren eingetröpfelt. Nach dem Eintröpfeln von TEOS wurde das Rühren für 2 Stunden fortgesetzt. Die entstandene Suspension wurde am Büchnertrichter abgelassen und mit destilliertem Wasser ausgewaschen (5 × 250 mL). Das erhaltene Produkt wurde über Nacht bei einer Temperatur von 90°C getrocknet und anschließend der Calcination an der Luft bei einer Temperatur von 550°C für 6 Stunden mit einem Temperaturanstieg von 1°C/Min. unterzogen.Into a round bottom flask of 500 mL volume was added 67.0 mL of distilled water, 105.0 mL of methanol (99.8% Aldrich), 30.0 mL of ammonia water (25% water solution, POCH), 16.0 mL of hexadecyltrimethylammonium chloride (water solution 25% Aldrich). The solution was stirred with a magnetic stirrer (400 rpm) at room temperature for 15 min. Subsequently, 15.0 mL of tetraethoxysilane (TEOS, 98%, Aldrich) was dropped in at a rate of about 2-3 drops per second with constant stirring. After dropping TEOS, stirring was continued for 2 hours. The resulting suspension was drained from the Buchner funnel and washed with distilled water (5 × 250 ml). The resulting product was dried overnight at a temperature of 90 ° C and then calcined in air at a temperature of 550 ° C for 6 hours with a temperature increase of 1 ° C / min. subjected.
Synthese von sphärischem Polymer-Siliciumdioxid-Verbundstoff auf Basis von Siliciumdioxid vom Typ MCM-48 und dessen thermische ModifizierungSynthesis of MCM-48 silica-based spherical polymer-silica composite and its thermal modification
Der Polymer-Siliciumdioxid-Verbundstoff wurde im Wege der auf Lösungsmittel- und Ausfällen basierenden Polykondensation von Furfurylalkohol (FA) in einer wässrigen Suspension des Siliciumdioxid-Trägermittels MCM-48 erhalten. In den im Ölbad auf dem Magnetrührer mit der Heizplatte platzierten, mit einem Thermometer und Rückflußkühler versehenen Rundkolben mit einem Volumen von 250 mL wurde 100,0 mL destilliertes Wasser, 2,00 g mesoporöses Siliciumdioxid und 2,5 g Furfurylalkohol eingebracht. Die entstehende Suspension wurde 30 Min. lang (400 rpm) gerührt, und dann wurde ein saurer Polykondensationskatalysator (HCl, 35-38%, POCH) in einer Menge zugegeben, die dem Molverhältnis FA:HCl = 1:6 entspricht. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch auf Siedepunkt erhitzt und mit der Fortsetzung der Mischung die Reaktion der Polykondensation 6 Stunden lang geführt. Das Produkt wurde am Büchnertrichter unter Auswaschung mit destilliertem Wasser (3 × 100 mL) abgelassen und über Nacht bei einer Temperatur von 90°C getrocknet. Der erhaltene Polymer-Siliciumdioxid-Verbundstoff wurde in eine Quarzwanne gelegt und der Karbonisation in einem Röhrenofen, unter Verwendung von Bedingungen für isothermisches Durchwärmen 4 Stunden lang bei einer Temperatur von 850°C (Temperatureinstieg von 1°C/Min.) im Stickstoffstrom (40 mL/min) unterzogen. Im Folge von der thermischen Modifizierung wurde einen Kohlenstoff-Siliciumdioxid-Verbundstoff erhalten, der den Kernvorläufer des Endkatalysators bildet.The polymer-silica composite was obtained by the solvent and precipitate-based polycondensation of furfuryl alcohol (FA) in an aqueous suspension of the silica support MCM-48. 100 ml of distilled water, 2.00 g of mesoporous silica and 2.5 g of furfuryl alcohol were placed in the round bottomed flask of 250 ml volume placed in the oil bath on the magnetic stirrer with the hot plate and fitted with a thermometer and reflux condenser. The resulting suspension was stirred for 30 min. (400 rpm) and then an acidic polycondensation catalyst (HCl, 35-38%, POCH) was added in an amount corresponding to the molar ratio FA: HCl = 1: 6. Subsequently, the reaction mixture was heated to boiling point and, with the continuation of the mixture, the polycondensation reaction was carried out for 6 hours. The product was drained from the Buchner funnel with elution with distilled water (3 × 100 ml) and dried overnight at a temperature of 90 ° C. The resulting polymer-silica composite was placed in a quartz pan and allowed to carbonize in a tube furnace using isothermal soaking conditions for 4 hours at a temperature of 850 ° C (temperature rise of 1 ° C / min) in a nitrogen stream (40 ° C) mL / min). As a result of the thermal modification, a carbon-silica composite was obtained which forms the core precursor of the final catalyst.
Aufbringen von ZrO2 Application of ZrO 2
Der sphärische Kohlenstoff-Siliciumdioxid-Verbundstoff wurde in dem 100 g Ethylalkohol enthaltenden Rundkolben mit einem Volumen von 250 mL dispergiert. Anschließend wurde das Fass auf den Magnetrührer gestellt und zum 30°C erhitzt. Es wurde 0,5 mL nichtionische Wässerlösung des Tensids Lutensol AO5 (3,76 Gew.-%) zugegeben. Nach einer Stunde wurden 1,8 mL Zirkoniumbutanolat (80 Gew.-% in Butanol) kondensiert und die Reaktion 15 Stunden lang durchgeführt. Im weiteren Schritt wurde das erhaltene Material zentrifugiert und mehrmals mit destilliertem Wasser ausgewaschen. Das synthetisierte Halbprodukt wurde zur vollständigen Hydrolyse des Substrats 3 Tage lang in Wasser gealtert, danach wurde das Präparat zentrifugiert, getrocknet und in einem Inertgasstrom für 2 h bei 900°C mit einem Temperaturanstieg von 2 °C/Min. ausgewärmt.The spherical carbon-silica composite was dispersed in the 100 g ethyl alcohol-containing round bottomed flask having a volume of 250 mL. The drum was then placed on the magnetic stirrer and heated to 30 ° C. 0.5 mL of nonionic aqueous solution of the surfactant Lutensol AO5 (3.76 wt.%) Was added. After one hour, 1.8 mL of zirconium butoxide (80 wt% in butanol) was condensed and the reaction was carried out for 15 hours. In the next step, the material obtained was centrifuged and washed several times with distilled water. The synthesized half-product was aged in water for complete hydrolysis of the substrate for 3 days, after which the preparation was centrifuged, dried and heated in an inert gas stream at 900 ° C. for 2 hours with a temperature rise of 2 ° C./min. be heated.
Entfernung von Siliciumdioxid aus Kohlenstoff-Siliciumdioxid-Verbundstoff mit ZrO2 (MCM-48/CMK-1@ZrO2)Removal of Carbon-Silica Composite Silicon with ZrO 2 (MCM-48 / CMK-1 @ ZrO 2 )
Die Extraktion des MCM-48 Kerns wurde mithilfe einer Natriumbasis durchgeführt. Dazu wurde der Kohlenstoff-Siliciumdioxid-Verbundstoff MCM-48/CMK-1@ZrO2 in zwei gleichen Portionen aufgeteilt und mit der NaOH-Lösung in einer Konzentration von 1 und 3 M überschwemmt, und dann wurde die Anordnung zu einer Temperatur von entsprechend 25 und 50°C erhitzt. Nach 24 Stunden wurde der Niederschlag abgefiltert, zur Entfernung von Na+ Kationen genau mit destilliertem Wasser ausgewaschen und getrocknet. Die Ergebnisse bestätigen, dass die Entfernung der Matrize in verschiedenen Bedingungen realisiert werden kann.Extraction of the MCM-48 core was performed using a sodium base. For this purpose, the carbon-silica composite MCM-48 / CMK-1 @ ZrO 2 was divided into two equal portions and flooded with the NaOH solution in a concentration of 1 and 3 M, and then the assembly was heated to a temperature of 25 and heated to 50 ° C. After 24 hours, the precipitate was filtered off, washed to remove Na + cations exactly with distilled water and dried. The results confirm that the removal of the template can be realized in different conditions.
Die Ergebnisse von dem Ätzen der MCM-48-Matrize mit der NaOH-Lösung in einer Konzentration von 1 oder 3 M bei einer Temperatur von entsprechend 25 oder 50°C wurden in Beispiel 3 beschrieben. The results of etching the MCM-48 template with the NaOH solution in a concentration of 1 or 3 M at a temperature of respectively 25 or 50 ° C were described in Example 3.
Aufbringen der Aktivphase Pt mit nanometrischen GrößenApplication of the active phase Pt with nanometric quantities
Pt-Nanopartikeln wurden im Wege der Reduktion von PtCl4 mit NaOH in wasserfreien Lösung von Ethylenglycol erhalten. Dazu wurde 0,018 g PtCl4 in einer Lösung aufgelöst, die 0,016 g NaOH in 5 mL Ethylenglycol enthielt. Nach 30 Minuten wurde die Lösung bis zu einer Temperatur von 160°C erhitzt und weitere 3 Stunden gehalten, dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Die erhaltenen Pt-Nanopartikeln wurden auf die Oberfläche der anorganischen Hülle mit 1 g Kohlenstoffträger mit aufgebrachtem Zirkoniumoxid CMK-1@ZrO2 aufgebracht. Dazu wurde das Trägermittel mit der erhaltenen Lösung überschwemmt und auf dem Magnetrührer für 24 Stunden gelassen. Anschließend wurde das Material mit destilliertem Wasser ausgewaschen und getrocknet.Pt nanoparticles were obtained by reduction of PtCl 4 with NaOH in anhydrous solution of ethylene glycol. To this was dissolved 0.018 g of PtCl 4 in a solution containing 0.016 g of NaOH in 5 mL of ethylene glycol. After 30 minutes, the solution was heated to a temperature of 160 ° C and held for a further 3 hours, then cooled to room temperature. The resulting Pt nanoparticles were applied to the surface of the inorganic shell with 1 g carbon support with applied zirconia CMK-1 @ ZrO 2 . For this, the carrier was flooded with the resulting solution and left on the magnetic stirrer for 24 hours. Subsequently, the material was washed with distilled water and dried.
Beispiel 2Example 2
Im Folgenden wird das Verfahren zum Erhalten des erfindungsgemäßen Verbundmaterials dargestellt.The following is the process for obtaining the composite material of the present invention.
Synthese des sphärischen mesoporösen Kohlenstoff-Materials auf Basis von dem handelsüblichen sphärischen Siliciumdioxid mit Partikeln mit einer Größe von 40-75 µm.Synthesis of Spherical Mesoporous Carbon Material Based on Commercial Spherical Silica with 40-75 μm Particles.
Zum Synthesieren der sphärischen Kohlenstoff-Materialien wurde das handelsübliche Siliciumdioxid mit kugelförmigen Körnern mit einer Größe von 40-75 µm (Sigma-Aldrich) als hartes Templat eingesetzt. Im ersten Schritt wurde eine Zuckerlösung mit niedrigem pH-Wert zubereitet, indem 1,25 g Saccharose in 5,0 mL Wasser, das mit 0,14 konzentrierter Schwefelsäure (VI) angesäuert wurde, gelöst wurde. Das zuvor getrocknete (100°C, 1 h) Siliciumdioxidgel wurde mit Saccharoselösung mithilfe der Trockenimprägnierung imprägniert. Das auf diese Art und Weise modifizierte Siliciumdioxid wurde bei Luftatmosphäre ausgewärmt, eingangs bei einer Temperatur von 100°C für 6 Stunden, und dann für 6 Stunden bei einer Temperatur von 160°C. Das gebrauchsfertige Präparat der braunen Farbe wurde schonend in einem Porzellanmörtel gemahlen und erneut dem Imprägnierungsverfahren unterzogen. Das erhaltene schwarze Material wurde in einem Porzellanmörtel verrührt und in einen Röhrenofen gestellt, und für 4 Stunden bei einer Temperatur von 850°C mit Temperaturanstieg von 1°C/Min. im Stickstoffstrom (40 mL/min) ausgewärmt, um einen Kohlenstoff-Siliciumdioxid-Verbundstoff herzustellen. Aus dem synthetisierten Kohlenstoff-Siliciumdioxid-Verbundstoff wurde das Siliciumdioxid-Templat durch zweimaliges Auswaschen mit 5% Flusssäurelösung bei Raumtemperatur unter Verwendung von 30 mL HF-Lösung pro 1 g des Verbundes entfernt. Das Kohlenstoffmaterial wurde aus der Lösung isoliert, indem es auf einem Faltenfilter gefiltert und mit Wasser (3x100 mL) und Ethanol (1x100 mL) ausgewaschen wurde, um überschüssiges Wasser zu entfernen. Der erhaltene Kohleabdruck wurde anschließend bei einer Temperatur von 80°C für 12 h getrocknet.To synthesize the spherical carbon materials, commercially available 40-75 μm spherical silica (Sigma-Aldrich) silica was used as a hard template. In the first step, a low pH sugar solution was prepared by dissolving 1.25 g of sucrose in 5.0 mL of water acidified with 0.14% concentrated sulfuric acid (VI). The previously dried (100 ° C, 1 h) silica gel was impregnated with sucrose solution by dry impregnation. The silica modified in this manner was heated in an air atmosphere, initially at a temperature of 100 ° C for 6 hours, and then for 6 hours at a temperature of 160 ° C. The ready-to-use preparation of the brown color was gently ground in a porcelain mortar and subjected to the impregnation process again. The resulting black material was stirred in a porcelain mortar and placed in a tube furnace, and heated for 4 hours at a temperature of 850 ° C with temperature rise of 1 ° C / min. in nitrogen stream (40 mL / min) to produce a carbon-silica composite. From the synthesized carbon-silica composite, the silica template was removed by washing twice with 5% hydrofluoric acid solution at room temperature using 30 mL of HF solution per 1 g of the composite. The carbon material was isolated from the solution by filtering on a fluted filter and rinsing with water (3x100 mL) and ethanol (1x100 mL) to remove excess water. The obtained carbon print was then dried at a temperature of 80 ° C for 12 h.
Aufbringen von ZrO2 Application of ZrO 2
Sphärischer poröser sC-Kohlenstoff (0,5 g) wurde in 5 mL wasserfreiem Ethanol dispergiert. Die Suspension wurde in einen Rundkolben eingebracht und es wurde 0,1 mL destilliertes Wasser und Brij 30-Tensid (0,1 mL) zugegeben. Der Kolben wird auf einen Magnetrührer gestellt und sein Inhalt wurde 30 Minuten lang gerührt. Dann wurde 0,2 mL Zirkoniumbutanolat (80 Gew.-% in Butanolat) eingetröpfelt. Die Reaktion der Hydrolyse wurde 8 Stunden lang geführt. Das erhaltene Material wurde zentrifugiert und mehrmals mit destilliertem Wasser ausgewaschen. Das isolierte Produkt wurde 12 Stunden lang bei Raumtemperatur in Wasser gealtert, um eine vollständige Kondensation des ZrO2-Vorläufers zu gewährleisten. Nach dieser Zeit wurde das Präparat 24 Stunden lang bei 75°C getrocknet und der Inertgasstrom für 2 Stunden bei 850°C mit einem Temperaturanstieg von 2°C/Min. ausgewärmt.Spherical porous sC-carbon (0.5 g) was dispersed in 5 mL of anhydrous ethanol. The suspension was placed in a round bottom flask and 0.1 mL of distilled water and Brij 30 surfactant (0.1 mL) were added. The flask is placed on a magnetic stirrer and its contents are stirred for 30 minutes. Then, 0.2 mL of zirconium butoxide (80 wt% in butanolate) was dropped. The reaction of the hydrolysis was conducted for 8 hours. The resulting material was centrifuged and washed several times with distilled water. The isolated product was aged in water for 12 hours at room temperature to ensure complete condensation of the ZrO 2 precursor. After this time, the preparation was dried for 24 hours at 75 ° C and the inert gas stream for 2 hours at 850 ° C with a temperature increase of 2 ° C / min. be heated.
Aufbringen der Aktivphase unter Verwendung der TrockenimprägnierungApply the active phase using dry impregnation
Im ersten Schritt wurde die Sorptionskapazität des Trägermittels des katalytisch aktiven Elements (in diesem Fall sC@ZrO2) in Bezug auf Wasser bestimmt. Mit einer automatischen Pipette wurden kleine Portionen (je 20 µL) destilliertes Wasser eingetröpfelt, bis der Verglasungseffekt eintrat. Die Sorptionskapazität des Trägermittels betrug 700 µL/g. Aufgrund dieses Werts wurden Proben von 1 g des Trägermittels mit dem Volumen der Lösungen mit Konzentrationen von Salzen eines bestimmten Metalls (Kupfer(II)-nitrat (V) oder Kobalt(II)-nitrat(V) imprägniert, die für die Einführung von 2,5, 5,0, 7,5, 10,0 und 15,0 Gew.-% Cu und Co in Bezug auf die Masse des Zirkonoxid erforderlich sind. Nach der Imprägnierung wurden die Materialien getrocknet und anschließend bei 500°C in einer Luftatmosphäre mit einem Temperaturanstieg von 5°C/Min. und dem Halten der voreingestellten Temperatur für 3 Stunden kalziniert.In the first step, the sorption capacity of the carrier of the catalytically active element (in this case sC @ ZrO 2 ) with respect to water was determined. Using an automatic pipette, small portions (20 μL each) of distilled water were dripped in until the vitrification effect occurred. The sorbent capacity of the vehicle was 700 μL / g. Based on this value, samples of 1 g of the carrier were impregnated with the volume of the solutions with concentrations of salts of a particular metal (cupric nitrate (V) or cobalt (II) nitrate (V) required for the introduction of 2 , 5, 5.0, 7.5, 10.0 and 15.0 wt.% Of Cu and Co. are required with respect to the mass of the zirconia, and after impregnation, the materials were dried and then at 500 ° C in an air atmosphere with a temperature rise of 5 ° C / min. and holding the preset temperature for 3 hours calcined.
Beispiel 3Example 3
Vergleich der Porosität von erfindungsgemäßen Materialien, die durch ein anderes als das in Beispiel 1 und 2 beschriebene Verfahren zur Entfernung des Siliciumdioxid-Templats erhalten wurden.Comparison of the Porosity of Materials of the Invention Obtained by a Method Other Than the Methods of Example 1 and 2 for Removal of the Silica Template.
Der Prozess der strukturellen Evolution von „core-shell“-Materialien, die nach Beispiel 1 erhalten wurden, wurde mit der Niedertemperatur-Stickstoffadsorption untersucht. Die chemische Zusammensetzung der erhaltenen Präparate wurde mit der XRF-Methode bestimmt. Die Niedertemperatursorption von Stickstoff wurde mit ASAP 2020 Sorptomat (Micromeritics) mit etwa 200 mg Probe gemessen. Bevor der Messung wurden die Materialien bei einer Temperatur von 150°C für 6 Stunden entgast. Analysen der chemischen Zusammensetzung wurden im EDXRF Quant'x Arl Spektrometer von Thermo Scientific durchgeführt, das mit einer Rh-Quelle ausgestattet ist. Jedes Mal wurden etwa 200 mg der Probe, die im Halter auf einer Polypropylenfolie platziert war, verwendet.The process of structural evolution of core-shell materials obtained according to Example 1 was investigated with low-temperature nitrogen adsorption. The chemical composition of the obtained preparations was determined by the XRF method. The low temperature sorption of nitrogen was measured with ASAP 2020 Sorptomat (Micromeritics) with about 200 mg sample. Before the measurement, the materials were degassed at a temperature of 150 ° C for 6 hours. Chemical composition analyzes were performed in the Thermo Scientific EDXRF Quant'x Arl spectrometer equipped with a Rh source. Each time, about 200 mg of the sample placed in a holder on a polypropylene film was used.
Die thermische Stabilität des hergestellten Materialien wurde mithilfe des SDT Q600-Thermogravimeters von TA Instruments untersucht. Die Experimente wurden für eine ca. 10 g Probe im Luftstrom (100 mL/Min.) im Bereich von 30-100°C mit einem Temperaturanstieg von 20°C/Min. durchgeführt.The thermal stability of the fabricated materials was investigated using the TA Instruments SDT Q600 thermogravimeter. The experiments were carried out for an approximately 10 g sample in the air stream (100 mL / min) in the range of 30-100 ° C with a temperature increase of 20 ° C / min. carried out.
Isothermen der Niedertemperatur-Stickstoffsorption und daraus berechnete Texturparameter veranschaulichen den Einfluss der Führungsbedingungen der Extraktion von dem strukturbildenden Templat (MCM-48) auf die Porosität der erhaltenen Materialien. Das Ausgangsmaterial MCM-48/CMK-1@ZrO2 weist einen hohen Gehalt an Siliciumdioxid, d.h. 48,3 % (XRF-Untersuchungen). Die Extraktion von SiO2 bei 25°C führt zu dessen erheblichen Eliminierung und verursacht damit die Öffnung der porösen Struktur in dem untersuchten Präparat. Die Steigerung der Durchführungstemperatur des Verfahrens bis zum 50°C und der Konzentration der NaOH-Lösung bis zum 3 M führte zum weiteren Porositätsanstieg. Dieser Effekt wird im Verlauf der Isothermen der N2-Adsorption-Desorption durch eine erhebliche Zunahme des bei niedrigem Relativdruck p/po adsorbierten Volumens beobachtet, was mit dem Auftreten von Mikro- und Mesoporen zusammenhängt. Die in Tabelle 1 dargestellten Werte von Vmicro und Vmeso bestätigen diese These. Die Bildung neuer Poren beeinflusst die spezifische Oberfläche SBET, die sich von 306 auf 514m2/g für das Material mit dem am erfolgreichsten entfernten SiO2-Kern erhöht hat.Low temperature nitrogen sorption isotherms and texture parameters calculated therefrom illustrate the influence of the guide conditions of extraction from the patterning template (MCM-48) on the porosity of the resulting materials. The starting material MCM-48 / CMK-1 @ ZrO 2 has a high content of silicon dioxide, ie 48.3% (XRF investigations). The extraction of SiO 2 at 25 ° C leads to its considerable elimination and thus causes the opening of the porous structure in the examined preparation. Increasing the reaction temperature of the process to 50 ° C and the concentration of NaOH solution to 3 M led to further increase in porosity. This effect is observed in the course of the isotherms of N 2 adsorption desorption by a significant increase in the volume adsorbed at low relative pressure p / po, which is related to the occurrence of micro- and mesopores. The values of Vmicro and Vmeso shown in Table 1 confirm this thesis. The formation of new pores affects the S BET specific surface area, which has increased from 306 to 514 m 2 / g for the material with the most successfully removed SiO 2 core.
In Tabelle 1 wurden die bestimmten Texturparameter und die chemische Zusammensetzung der Materialien in Abhängigkeit von den Bedingungen der SiO2-Kernextraktion gesammelt.
Tabelle 1 Ergebnisse der physikalisch-chemischen Charakterisierung ausgewählter Materialien
Beispiel 4Example 4
Vergleich der Adsorptionseigenschaften von Kohlenstoffkernen des Verbundstoffes.Comparison of the adsorption properties of carbon cores of the composite.
Synthese von sphärischen Kohlenstoffabdrucken auf Basis von breitporigem Siliciumdioxidgel (Korngröße 40-75 µm und 75-200 µm) und der Einfluss des Verfahrens zur Entfernung des strukturbildenden Templats auf die Adsorptionseigenschaften.Synthesis of spherical carbon prints based on wide-pore silica gel (particle size 40-75 μm and 75-200 μm) and the influence of the method for removing the structure-forming template on the adsorption properties.
Es wurde 5 g kugelförmiges Siliciumdioxidgel in den Porzellantiegel gegeben, mit konzentrierter Schwefelsäure (VI) trockenimprägniert und dann im Ofen für 3 Stunden bei einer Temperatur von 150°C erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde das Gemisch in ein Becherglas mit etwa 200 mL destilliertem Wasser eingebracht und der Sedimentation unter statischen Bedingungen unterzogen. Die verbleibende klare Lösung wurde dekantiert, der Niederschlag in einer neuen Portion von destilliertem Wasser dispergiert und gefiltert und mit destilliertem Wasser bis zur vollständigen Neutralisation des Filtrats ausgewaschen, und dann für 2 Stunden bei einer Temperatur von 120°C getrocknet. Furfurylalkohol, als Kohlenstoffvorläufer, wurde durch Trockenimprägnierung in das Porensystem von sulfoniertem Siliciumdioxid eingebracht, und anschließend wurde Polykondensation unter statischen Bedingungen in einem geschlossenen Behälter bei einer Temperatur von 100°C für 24 Stunden geführt. Das entstandene Polymer-Siliciumdioxid-Nanoverbundstoff wurde im Stickstoffstrom (40 mL/Min.) bei einer Temperatur von 850°C für 4 Stunden mit einer Temperaturanstieg von 1°C/Min. karbonisiert.5 g of spherical silica gel was added to the porcelain crucible, dry-impregnated with concentrated sulfuric acid (VI) and then heated in the oven for 3 hours at a temperature of 150 ° C. After cooling, the mixture was placed in a beaker containing about 200 mL of distilled water and subjected to sedimentation under static conditions. The remaining clear solution was decanted, the precipitate dispersed in a new portion of distilled water and filtered and washed with distilled water until complete neutralization of the filtrate, then dried for 2 hours at a temperature of 120 ° C. Furfuryl alcohol, as a carbon precursor, was incorporated into the pore system of sulfonated silica by dry impregnation, and then polycondensation was conducted under static conditions in a closed container at a temperature of 100 ° C for 24 hours. The resulting polymer-silica nanocomposite was heated in nitrogen flow (40 mL / min) at a temperature of 850 ° C for 4 hours with a temperature rise of 1 ° C / min. carbonized.
Das vor dem Ätzen von Siliziumdioxid erhaltene Material wurde in zwei Teile geteilt, die sich in der Art und Weise der Entfernung von Siliciumdioxid unterschieden. Das anorganische Templat des ersten Teils wurde mit einer 5% Wasserlösung von Flusssäure geätzt. Dazu wurde das Material in Säure in einer Menge von 30 mL/g dispergiert und für 1 Stunde unter statischen Bedingungen belassen. Der zweite Teil wurde dem Ätzen mit dem 1M NaOH-Lösung unterzogen. Wie im vorherigen Fall wurde eine Lösung von 30 mL/g verwendet. Das Ätzen wurde zweimal unter statischen Bedingungen 24 Stunden lang durchgeführt. Die erhaltenen Kohleabdrucke wurden dann auf einem Faltenfilter gefiltert und zum Neutralisieren des Filtrats mit destilliertem Wasser gefolgt von Ethanol ausgewaschen (2 × 20 mL), und über Nacht bei einer Temperatur von 90°C getrocknet.The material obtained before the etching of silicon dioxide was divided into two parts, which differed in the manner of removing silica. The inorganic template of the first part was etched with a 5% water solution of hydrofluoric acid. For this purpose, the material was dispersed in acid in an amount of 30 mL / g and left for 1 hour under static conditions. The second part was subjected to etching with the 1M NaOH solution. As in the previous case, a solution of 30 mL / g was used. The etching was carried out twice under static conditions for 24 hours. The resulting carbon prints were then filtered on a pleated filter and washed out to neutralize the filtrate with distilled water followed by ethanol (2 x 20 mL) and dried overnight at a temperature of 90 ° C.
Die erhaltenen Materialien wurden als s-CR_40-75_z und s-CR_75-200_z bezeichnet, wo: z bezeichnet das Ätzmittel (HF oder NaOH).The resulting materials were designated s-CR_40-75_z and s-CR_75-200_z where: z denotes the etchant (HF or NaOH).
Die erhaltenen Ergebnisse bestätigen, dass die Kohleabdrucke, die den Kern des in der Erfindung beschriebenen Verbundmaterials bilden, sich durch hohe Sorptionskapazitäten im Vergleich zu allen befragten VOC-Vertretern auszeichnen. Es wurde nachgewiesen, dass ein wichtiger Parameter, welcher die Hydrophilie der Kohlenstoffmaterialoberfläche beeinflusst, die Auswahl des Mittels ist, welches die Siliciumdioxid-Matrize ätzt. Die Verwendung von Natriumbasislösung ermöglicht es, ein Material mit hoher Hydrophilie zu erhalten, das eine ähnliche Affinität sowohl zu polaren als auch unpolaren Adsorbaten aufweist. Die Entfernung des Templats mit Flusssäure führt zum Erhalten eines Materials mit einem geringeren Gehalt an oberflächlichen Sauerstoffgruppen, was zu einer deutlichen Abnahme seiner Hydrophilie und damit zu einer deutlich geringeren Affinität zu polaren Adsorbaten führt. Auch die berechnete Sorptionskapazität in Bezug auf Toluoldämpfe nimmt ab, während bei n-Heptan ein leichter Anstieg festgestellt wurde.The results obtained confirm that the carbon prints forming the core of the composite material described in the invention are characterized by high sorption capacities compared to all VOC representatives surveyed. It has been demonstrated that an important parameter affecting the hydrophilicity of the carbon material surface is the selection of the agent that etches the silica die. The use of sodium base solution makes it possible to obtain a material with high hydrophilicity, which has a similar affinity to both polar and non-polar adsorbates. Removal of the template with hydrofluoric acid results in obtaining a material with a lower content of superficial oxygen groups, which leads to a significant decrease in its hydrophilicity and thus to a significantly lower affinity for polar adsorbates. Also, the calculated sorption capacity with respect to toluene vapors decreases, whereas with n-heptane a slight increase was noted.
Beispiel 5 Example 5
Vergleich der Adsorptions- und Desorptionseigenschaften von Kohlenstoffkern, Kohlenstoffkern mit ZrO2-Hülle und Kohlenstoffkern mit ZrO2- und Pt-Hülle in Bezug auf Toluoldämpfe.Comparison of Adsorption and Desorption Characteristics of Carbon Core, ZrO 2 Carbon Core and Carbon ZrO 2 and Pt Shell in relation to Toluene Vapor.
Die Adsorptionseigenschaften von Materialien wurden durch dynamische Adsorption-Desorption von Toluoldämpfen mit dem Detektor in Form eines QMS-Massenspektrometers untersucht. Der mit Toluoldämpfen gesättigte Trägergasstrom (Stickstoff oder Luft, 100 mL/Min.) (Toluolgehalt im Trägergas gleich 0,1% Vol.) wurde einem Strömungsreaktor mit stationärem Adsorptionsbett (50 mg) zugeführt. Der Reaktor wurde in einer Temperatur von 68°C gehalten, in der der Toluoldampfdruck p/p0 = 0,25 betrug. Die Sorption wurde für 1,5 Stunden nach dem Öffnen des Ventils durchgeführt und anschließend wurde das System auf Desorptionsmodus umgestellt (der Durchfluss des reinen Trägergases betrug 100 mL/Min).
Tabelle 2 Ergebnisse der dynamischen Adsorptions- und Desorptionstests von Toluoldämpfen - physikalisch adsorbierte Formen
Die Ergebnisse der Experimente bestätigten die hohe Sorptionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Materialien. Obwohl die Modifizierung der Kohlenstoffoberfläche die Adsorptionskapazität der Materialien in Bezug auf den Kohlenstoffvorläufer reduzierte, erhöhte die ZrO2-Hülle die thermische Stabilität des Kohlekerns unter oxidierender Atmosphäre im Vergleich zum beispielhaften mesoporösen Kohlenstoff CMK-1. Die ZrO2- Hülle isoliert den Kohlenstoffkern des Katalysators von oxidierender Atmosphäre, in der das katalytische VOC-Nachverbrennungsverfahren durchgeführt wird, und schützt ihn vor Verbrennung. Das Aufbringen der Aktivphase verursachte die Erhöhung der Sorptionskapazität gegen CMK-1/ZrO2.The results of the experiments confirmed the high sorption capacity of the materials according to the invention. Although the modification of the carbon surface reduced the adsorption capacity of the materials relative to the carbon precursor, the ZrO 2 shell increased the thermal stability of the carbon core under an oxidizing atmosphere compared to the exemplary mesoporous carbon CMK-1. The ZrO 2 shell isolates the carbon core of the oxidizing atmosphere catalyst in which the catalytic VOC post combustion process is carried out and protects it from combustion. Application of the active phase caused the increase in sorption capacity to CMK-1 / ZrO 2 .
Beispiel 6Example 6
Bewertung der katalytischen Aktivität der erfindungsgemäßen Materialien.Evaluation of the catalytic activity of the materials according to the invention.
Die Änderung der katalytischen Aktivität der Materialien 1% Pt-CMK1@ZrO2 (Beispiel 1) und Materialien 10%CuO-sC@ZrO2 und 10%Co3O4-sC@ZrO2 (Beispiel 2) in Abhängigkeit von der Temperatur wurde in
Die Ergebnisse des Tests bestätigten eine hohe katalytische Aktivität der entwickelten Materialien. Die Gesamtoxidation der adsorbierten Toluoldämpfe erfolgte bei 210°C für 1% Pt-CMK1@ZrZrO2-Material und 400°C für Proben, die CuO oder Co3O4 als aktive Phase enthielten. Eine so niedrige Temperatur der Toluoloxidation in Kombination mit einer hohen Sorptionsfähigkeit des Kohlenstoffkerns deutet auf ihren möglichen Einsatz als bifunktionelle Materialien bei dem Verfahren zur adsorptionskatalytischen Eliminierung flüchtiger organischer Verbindungen hin.The results of the test confirmed a high catalytic activity of the developed materials. The total oxidation of the adsorbed toluene vapors was at 210 ° C for 1% Pt-CMK1 @ ZrZrO 2 material and 400 ° C for samples containing CuO or Co 3 O 4 as the active phase. Such a low temperature of toluene oxidation in combination with a high sorptive capacity of the carbon nucleus indicates its potential use as bifunctional materials in the process for the adsorption-catalytic elimination of volatile organic compounds.
Die Ausführungsbeispiele stellen das Verfahren zum Erhalten der erfindungsgemäßen Verbundmaterialien für die ausgewählten, aber repräsentative Inhaltsstoffe dar, aus denen der Verbundstoff gebildet ist. Für den Experten ist es selbstverständlich, dass der Experte am Beispiel der Verwendung von Platin oder CuO oder Co3O4 auf der Grundlage des Allgemeinwissens und der verfügbaren Literatur andere katalytisch aktive Substanzen anstelle von Platin oder CuO oder Co3O4 verwenden wird. Die Sammlung von Elementen und Oxiden in der Gruppe Pt, Pd, Rh, Re, Ir, Au, Co3O4, CuO, Mn2O3, MnO2, Mn3O4, CeO2, NiO, ZnO, Fe2O3, die in Patentanspruch 1 als Element des Wesens der Erfindung angegeben sind, spiegelt sich daher in einer typischen Auswahl katalytisch wirksamer Substanzen wieder, die ein Experte auf diesem Gebiet treffen würde. Ein Experte auf diesem Gebiet würde auch die Parameter für das Erhalten eines Verbundstoffes mit jeder der aufgeführten Komponenten der katalytisch aktiven Phase unter Berücksichtigung von Routineverfahren anpassen und im Schutzbereich der betreffenden Erfindung bleiben. The embodiments illustrate the method of obtaining the composite materials of the invention for the selected but representative ingredients that make up the composite. For the expert, it is understood that the expert will use other catalytically active substances instead of platinum or CuO or Co 3 O 4 based on the common knowledge and available literature, using the example of the use of platinum or CuO or Co 3 O 4 . The collection of elements and oxides in the group Pt, Pd, Rh, Re, Ir, Au, Co 3 O 4 , CuO, Mn 2 O 3 , MnO 2 , Mn 3 O 4 , CeO 2 , NiO, ZnO, Fe 2 O 3 , which is indicated in
Eine ähnliche Interpretation erfolgt für anorganische Oxide, ausgewählt aus der Gruppe der Zirkonoxid, Titanoxid, Aluminiumoxid, Ceroxid. Diese Oxide weisen in Bezug auf Struktur und chemische Funktion einen ähnlichen Charakter und würden von einem Experten für die Umsetzung der Erfindung als angemessen erachtet, wenn für eines von ihnen die Erfindung umgesetzt werden könnte, wie in den Beispielen bestätigt.Similar interpretation is given for inorganic oxides selected from the group of zirconia, titania, alumina, ceria. These oxides are similar in structure and chemical function and would be considered appropriate by one skilled in the art to practice the invention if, for one of them, the invention could be practiced, as confirmed in the examples.
Ungeachtet dessen ist hervorzuheben, dass die Verwendung äquivalenter Inhaltsstoffe des Verbundmaterials, was unter den Schutzumfang fällt, nicht bedeutet, dass das Verbundmaterial selbst, das Verfahren zum dessen Erhalten oder seine Verwendung als selbstverständlich angesehen werden sollen. Die Kombination der relevanten Komponenten in geeigneter Weise und die Verwendung spezieller Parameter der Verfahrensschritte führte zu einem unerwarteten Ergebnis in Form einer Erfindung, was in der Beschreibung beschrieben und durch Beispiele belegt ist.Notwithstanding, it should be emphasized that the use of equivalent ingredients of the composite, which is within the scope of protection, does not imply that the composite itself, the method of obtaining it, or its use, should be taken for granted. The combination of the relevant components in an appropriate manner and the use of special parameters of the process steps resulted in an unexpected result in the form of an invention, which is described in the description and exemplified.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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