RU2102144C1

RU2102144C1 - Method of preparing catalyst for decomposing harmful impurities

Info

Publication number: RU2102144C1
Application number: RU96115997A
Authority: RU
Inventors: С.К. Аникин; Г.П. Быков; Н.П. Васильев; С.Г. Киреев; В.М. Мухин
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Электростальский химико-механический завод"
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-01-20

Abstract

FIELD: catalytic gas treatment. SUBSTANCE: invention is intended to cleaning gas mixtures from ozone in water treatment systems, treating waste waters, treating semiconductors in microelectronic industry, disinfecting in medicine and agriculture, and also for removing carbon monoxide from gas mixtures in systems for collective and individual protection of respiratory organs, etc. method consists in electrolytically mixing manganese dioxide, copper oxide, and binding agent, granulation, drying, crushing, and heat treatment at 150-255 C. EFFECT: considerably increased catalytic activity. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области очистки газовых смесей от вредных примесей и может быть использовано для очистки газовых смесей от озона в системах водоподготовки, очистки сточных вод, обработки полупроводников в микроэлектронной промышленности, дезинфекции в медицине и сельском хозяйстве, а также для очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания и для других промышленных и природоохранных целей. The invention relates to the field of purification of gas mixtures from harmful impurities and can be used to purify gas mixtures from ozone in water treatment systems, wastewater treatment, semiconductor processing in the microelectronic industry, disinfection in medicine and agriculture, as well as for cleaning gas mixtures from carbon monoxide in systems of collective and individual protection of respiratory organs and for other industrial and environmental purposes.

Известен способ получения катализатора для очистки газовых смесей от токсичных примесей, включающий добавление к виброизмельченному порошку окиси алюминия нитрата меди, небольшого количества воды для придания массе пластичности, формование в шнек-грануляторе, термообработку полученных гранул в течение 3-4 часов при температуре 280-300^oC с последующей пропиткой раствором нитрата марганца в соотношении CuO:MnO₂=(2,0-2,7);1,0 и повторную термообработку [1]
Недостатком известного способа является сложность проведения технологического процесса приготовления катализатора, обусловленная необходимостью пропитки термообработанных гранул раствором нитрата марганца и последующей термообработкой.A known method of producing a catalyst for the purification of gas mixtures from toxic impurities, including adding to the vibrated powder aluminum oxide copper nitrate, a small amount of water to give the mass plasticity, molding in a screw granulator, heat treatment of the obtained granules for 3-4 hours at a temperature of 280-300 ^o C followed by impregnation with a solution of manganese nitrate in a ratio of CuO: MnO ₂ = (2.0-2.7); 1.0 and repeated heat treatment [1]
The disadvantage of this method is the complexity of the technological process for the preparation of the catalyst, due to the need for impregnation of the heat-treated granules with a solution of manganese nitrate and subsequent heat treatment.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения катализатора для разложения вредных примесей, включающий смешение электролитического диоксида марганца, оксида меди и связующего, при этом оксид меди и диоксид марганца берут в виде водных суспензий, смешивают в соотношении (15-30):100 в пересчете на сухое вещество и затем добавляют связующее, формование гранул, сушку, дробление и термообработку при температуре 260-350^oC в течение 20-40 мин [2]
Недостатком указанного способа является низкая каталитическая активность полученного катализатора в окислении оксида углерода.The closest to the proposed technical essence and the number of coinciding features is a method of producing a catalyst for the decomposition of harmful impurities, including mixing electrolytic manganese dioxide, copper oxide and a binder, while copper oxide and manganese dioxide are taken in the form of aqueous suspensions, mixed in the ratio (15- 30): 100 in terms of dry matter and then add a binder, granule formation, drying, crushing and heat treatment at a temperature of 260-350 ^o C for 20-40 minutes [2]
The disadvantage of this method is the low catalytic activity of the obtained catalyst in the oxidation of carbon monoxide.

Целью изобретения является повышение каталитической активности катализатора в окислении оксида углерода при сохранении на высоком уровне степени очистки от озона. The aim of the invention is to increase the catalytic activity of the catalyst in the oxidation of carbon monoxide while maintaining a high level of purification from ozone.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим смешение электролитического диоксида марганца, оксида меди и связующего, формование гранул, сушку, дробление и термообработку. This goal is achieved by the proposed method, including mixing electrolytic manganese dioxide, copper oxide and a binder, forming granules, drying, crushing and heat treatment.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что термообработку проводят при температуре 150-225^oC.The difference between the proposed method from the known one is that the heat treatment is carried out at a temperature of 150-225 ^o C.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Смешивают электролитический диоксид марганца и оксид меди со связующим. Полученную пасту формуют на шнековом грануляторе при давлении 40 атм. и температуре 105-120^oC. Сформованные гранулы сушат при температуре 60-90^oC в течение 9-15 ч, дробят, отсеивают фракцию 1-3 мм и проводят термообработку при температуре 150-255^oC.Manganese dioxide and copper oxide are mixed with a binder. The resulting paste is formed on a screw granulator at a pressure of 40 atm. and a temperature of 105-120 ^o C. The formed granules are dried at a temperature of 60-90 ^o C for 9-15 hours, crushed, sieved fraction 1-3 mm and heat treatment is carried out at a temperature of 150-255 ^o C.

Пример 1. В лопастной смеситель, снабженный паровой рубашкой, загружают 1,1 кг пасты смеси электролитического диоксида марганца и оксида меди с влажностью 55% добавляют 0,05 кг связующего бентонитовой глины и ведут процесс пластификации в течение 0,3 ч до достижения влажности пасты 32% На шнековом грануляторе формуют гранулы, сушат их при температуре 70^oC в течение 12 час. Высушенные гранулы дробят, отсеивают фракцию 1-3 мм и проводят термическую обработку в печи "кипящего слоя" при температуре 150^oC в течение 20 мин. Степень очистки от озона на полученном катализаторе составила 98,5% каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 0,40 ммоль/г.Example 1. In a paddle mixer equipped with a steam jacket, download 1.1 kg of paste of a mixture of electrolytic manganese dioxide and copper oxide with a moisture content of 55%, add 0.05 kg of bentonite clay binder and conduct the plasticization process for 0.3 h until the paste reaches moisture content 32% On a screw granulator granules are formed, dried at a temperature of 70 ^o C for 12 hours. The dried granules are crushed, the 1-3 mm fraction is sieved and the heat treatment is carried out in a fluidized bed furnace at a temperature of 150 ^o C for 20 minutes The degree of purification from ozone on the resulting catalyst was 98.5%; the catalytic activity in the oxidation of carbon monoxide was 0.40 mmol / g.

Пример 2. Ведение процесса как в примере 1, за исключением температуры термообработки, которая составила 200^oC. Степень очистки от озона на полученном катализаторе составила 98,6% каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 0,5 ммоль/г.Example 2. The process as in example 1, except for the heat treatment temperature, which was 200 ^o C. the Degree of ozone purification on the resulting catalyst was 98.6% of the catalytic activity in the oxidation of carbon monoxide was 0.5 mmol / g

Пример 3. Ведение процесса как в примере 1, за исключением температуры термообработки, которая составила 250^oC. Степень очистки от озона на полученном катализаторе составила 98,9% каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 0,60 ммоль/г.Example 3. The process as in example 1, except for the heat treatment temperature, which was 250 ^o C. the Degree of ozone purification on the resulting catalyst was 98.9% of the catalytic activity in the oxidation of carbon monoxide was 0.60 mmol / g

Результаты исследования влияния температуры термообработки на степень очистки от озона и на каталитическую активность в окислении оксида углерода для катализаторов, полученных по предлагаемому и известному способам, приведены в таблице. The results of the study of the influence of heat treatment temperature on the degree of purification from ozone and on the catalytic activity in the oxidation of carbon monoxide for the catalysts obtained by the proposed and known methods are shown in the table.

Как следует из данных, приведенных в таблице, небольшая каталитическая активность в окислении оксида углерода при сохранении на высоком уровне степени очистки от озона наблюдается при температуре термообработки 150-255^oC. При понижении температуры термообработки менее 150^oC и повышения более 255^oC каталитическая активность в окислении оксида углерода заметно снижается.As follows from the data given in the table, a small catalytic activity in the oxidation of carbon monoxide while maintaining a high level of purification from ozone is observed at a heat treatment temperature of 150-255 ^o C. When lowering the heat treatment temperature less than 150 ^o C and increase more than 255 ^o C activity in the oxidation of carbon monoxide is markedly reduced.

Увеличение каталитической активности в окислении оксида углерода при сохранении на высоком уровне степени очистки от озона при проведении термообработки при температуре 150-255^oC обусловлено, вероятно, следующими факторами. При проведении термообработки катализатора при температуре менее 150^oC снижение каталитической активности в окислении оксида углерода обусловлено тем, что при указанных условиях термообработки имеет место недостаточно полное удаление из катализатора воды, которая, как известно, является сильным каталитическим ядом для оксидномарганцевых систем в реакции окисления оксида углерода, вследствие блокировки молекулами воды активных центров катализатора. С другой стороны, при проведении термообработки катализатора при температуре более 255^oC снижение каталитической активности в окислении оксида углерода может быть объяснено тем, что при указанных условиях термообработки, возможно, происходит структурная перестройка активных центров катализатора, состоящих из частиц диоксида марганца, промотированного оксидом меди, которые ответственны за каталитическое окисление оксида углерода, а именно начало перехода из аморфного состояния в кристаллическое, что и ведет к снижению каталитической активности катализатора в окислении оксида углерода. В то же время для реакции разложения озона указанные температурные факторы не имеют существенного значения, и предложенный способ позволяет получить катализатор, сохраняющий высокую степень очистки от озона в широком интервале температур термообработки, в том числе и при температурах, выходящих за указанные пределы.The increase in catalytic activity in the oxidation of carbon monoxide while maintaining a high level of purification from ozone during heat treatment at a temperature of 150-255 ^o C is probably due to the following factors. When carrying out heat treatment of the catalyst at a temperature of less than 150 ^o C, a decrease in catalytic activity in the oxidation of carbon monoxide is due to the fact that under the indicated heat treatment conditions, insufficient removal of water from the catalyst takes place, which is known to be a strong catalytic poison for manganese oxide systems in the oxide oxidation reaction carbon, due to the blocking by water molecules of the active sites of the catalyst. On the other hand, when carrying out heat treatment of the catalyst at a temperature of more than 255 ^o C, a decrease in catalytic activity in the oxidation of carbon monoxide can be explained by the fact that under the indicated heat treatment conditions, it is possible that the active sites of the catalyst are composed of particles of manganese dioxide promoted by copper oxide which are responsible for the catalytic oxidation of carbon monoxide, namely the beginning of the transition from an amorphous to a crystalline state, which leads to a decrease in the catalytic the activity of the catalyst in the oxidation of carbon monoxide. At the same time, these temperature factors are not significant for the ozone decomposition reaction, and the proposed method allows to obtain a catalyst that retains a high degree of ozone purification in a wide range of heat treatment temperatures, including at temperatures outside these limits.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить катализатор, обладающий каталитической активностью в окислении оксида углерода значительной большей, чем известный, сохранив при этом высокую степень очистки от озона. Thus, the proposed method allows to obtain a catalyst with a catalytic activity in the oxidation of carbon monoxide is significantly greater than the known, while maintaining a high degree of purification from ozone.

Полученный по предлагаемому способу катализатор позволит проводить эффективную очистку газовых смесей от озона в системах водоподготовки, очистки сточных вод, обработки полупроводников в микроэлектронной промышленности, дезинфекции в медицине и сельском хозяйстве при одновременной эффективной очистке газовых смесей от оксида углерода, и даст реальную возможность решить на современном уровне широкий круг экологических и технологических проблем. The catalyst obtained by the proposed method will allow for the effective purification of gas mixtures from ozone in water treatment systems, wastewater treatment, semiconductor processing in the microelectronic industry, disinfection in medicine and agriculture, while simultaneously efficiently purifying gas mixtures from carbon monoxide, and will provide a real opportunity to decide on modern level a wide range of environmental and technological issues.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно на повышение каталитической активности катализатора в окислении оксида углерода при сохранении на высоком уровне степени очистки от озона, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения. From the foregoing, it follows that each of the signs of the claimed combination to a greater or lesser extent affects the achievement of the goal, namely, the increase in the catalytic activity of the catalyst in the oxidation of carbon monoxide while maintaining a high level of ozone purification, and the entire population is sufficient to characterize the claimed technical solution.

Claims

A method of producing a catalyst for the decomposition of harmful impurities, comprising mixing electrolytic manganese dioxide, copper oxide and a binder, forming granules, drying, crushing and heat treatment, characterized in that the heat treatment is carried out at 150 255 ^o C.