RU2170140C2 - Способ получения катализатора, нанесенного на активированный уголь, и катализатор, полученный этим способом - Google Patents

Способ получения катализатора, нанесенного на активированный уголь, и катализатор, полученный этим способом Download PDF

Info

Publication number
RU2170140C2
RU2170140C2 RU95113891/04A RU95113891A RU2170140C2 RU 2170140 C2 RU2170140 C2 RU 2170140C2 RU 95113891/04 A RU95113891/04 A RU 95113891/04A RU 95113891 A RU95113891 A RU 95113891A RU 2170140 C2 RU2170140 C2 RU 2170140C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
carbon
forming substance
activated carbon
metal
Prior art date
Application number
RU95113891/04A
Other languages
English (en)
Other versions
RU95113891A (ru
Inventor
Кишор Пурушоттам ГЭДКЭРИ
Стивен Брюс ДОЗ
Малланагоуда Дьяманагоуда ПЭЙТИЛ
Original Assignee
Корнинг Инкорпорейтед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Корнинг Инкорпорейтед filed Critical Корнинг Инкорпорейтед
Publication of RU95113891A publication Critical patent/RU95113891A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2170140C2 publication Critical patent/RU2170140C2/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08Heat treatment
    • B01J37/082Decomposition and pyrolysis
    • B01J37/084Decomposition of carbon-containing compounds into carbon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/18Carbon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/42Platinum
    • B01J35/56
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0215Coating
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8803Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8825Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8828Coating with slurry or ink
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90Selection of catalytic material
    • H01M4/9075Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/9083Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

Группа изобретений относится к катализаторам, равномерно распределенным на поверхности активированного угля. Способ получения нанесенного на активированный уголь катализатора включает в себя смешение жидкой термоотверждаемой смолы в качестве углеобразующего вещества и образующего катализатор вещества, отверждение углеобразующего вещества при необходимости, карбонизацию углеобразующего вещества и активацию угля с получением нанесенного на активированный уголь катализатора. Нанесенный равномерно на активированный уголь катализатор может иметь форму покрытия на основе порошка или монолитного изделия и имеет закрепленные на нем электроды для пропускания электрического тока. Достигается упрощение и повышение экономичности способа получения катализатора, а также усовершенствование получаемого катализатора. 2 с. и 10 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к способу получения катализатора, равномерно распределенного на основе из активированного угля. Предпочтительно вещество, образующее металлический катализатор, смешивают с веществом, образующим активированный уголь, которое затем наносят в виде покрытия на основу, после чего углеобразующее вещество подвергают карбонизации и активируют с образованием прочного покрытия из активированного угля, содержащего диспергированный на нем катализатор.
Во многих химических реакциях в качестве катализаторов используют металлы, например переходные металлы, в том числе благородные и основные металлы. Как правило, катализаторы увеличивают скорость химических реакций, что приводит к более высокой производительности промышленного процесса. Некоторые катализаторы также используют для проведения реакции по требуемому маршруту, т. е. в присутствии катализаторов образование одних веществ более энергетически выгодно, чем других.
Как правило, стоимость катализаторов велика, поэтому необходимо по возможности достичь максимального использования данного количества катализатора. Это осуществляют путем максимального увеличения площади поверхности катализатора, т.е. путем увеличения его дисперсности. Катализаторы используют в форме жидкостей или твердых веществ. Хотя твердые катализаторы можно использовать в виде порошков, как правило, их наносят на основу с большой площадью поверхности. В этих случаях свойства основы приобретают большое значение.
В качестве основы для металлических катализаторов, например, благородных металлов, используют активированный уголь ввиду его очень высокой площади поверхности. Такие катализаторы (в форме порошка или гранул) применяют в различных нефтехимических процессах. Обычно эти катализаторы получают путем диспергирования мелких частиц благородного металла на предварительно полученном активированном угле (метод первоначального смачивания).
Метод первоначального смачивания заключается в диспергировании порошка активированного угля в растворе соли металла. При этом порошок активированного угля пропитывается раствором. Порошок фильтруют, высушивают и нагревают до температуры, необходимой для разложения соли до требуемой формы катализатора - металла или оксида металла. Обычно требуется многократное повторение процедуры пропитки для получения необходимого количества катализатора на активированном угле. Свойства поверхности порошка активированного угля оказывают очень большое влияние на полученное распределение металлического катализатора. Для получения хорошего распределения металла на активированном угле необходимо тщательно контролировать содержание кислорода и pH поверхности порошка угля. Использование многочисленных стадий в этом способе приводит к очень высокой стоимости нанесенного на активированный уголь катализатора.
Другой способ получения нанесенных на активированный уголь катализаторов заключается в осаждении образующего металлический катализатор вещества с высокой упругостью паров на поверхность угля. В этом способе химия поверхности угля влияет на выбор образующих катализатор веществ. Для большинства требуемых катализаторов часто невозможно подобрать исходные вещества. В качестве примеров металлических катализаторов, которые не удается легко осадить из паров, можно привести щелочноземельные металлы, хром, марганец, медь и т. д. , поскольку соединения этих металлов имеют низкую упругость паров. Другие металлы, такие как платина, палладий и кобальт, трудно осадить ввиду того, что летучие соединения этих металлов быстро разлагаются в паровой фазе. Помимо этого, многие из доступных летучих соединений высокотоксичны. Наконец, этот способ требует очень сложного, дорогостоящего оборудования для осаждения.
В патенте США 3886093 описан способ получения катализатора, нанесенного на активированный уголь, включающий совмещение углеобразующего вещества с образующим катализатор веществом в растворимой форме, карбонизацию углеобразующего вещества и активацию угля с получением нанесенного на активированный уголь катализатора, а также полученный таким способом катализатор в виде порошка из активированного угля с нанесенным на него каталитическим веществом. Указанный способ включает совмещение углеобразующего вещества (несульфированного водного раствора лигната) с образующим катализатор веществом в растворимой форме (раствором, содержащим соль переходного металла), карбонизацию углеобразующего вещества и активацию угля с получением нанесенного на активированный уголь катализатора. В результате получают порошок активированного угля, содержащего активные металлические центры.
Недостатками известного способа является необходимость работы с растворами, выделения осадка и сушки. Недостатком полученного катализатора является то, что он имеет форму порошка, который, как правило, неудобен в использовании и требует в дальнейшем нанесения его на основу. Кроме того, такой катализатор непригоден в тех случаях, когда требуется его нагревание с помощью электрического тока.
Задачей изобретения является создание более простого и экономичного способа получения катализатора на активированном угле, равномерно на нем распределенного и имеющего требуемую форму, а также катализатор, полученный таким способом.
Указанная задача решается тем, что в способе получения катализатора, нанесенного на активированный уголь, включающем совмещение углеобразующего вещества с образующим катализатор веществом в растворимой форме, карбонизацию углеобразующего вещества и активацию угля с получением нанесенного на активированный уголь катализатора, в качестве углесодержащего вещества используют жидкую термоотверждаемую смолу, катализатор распределен на частицах активированного угля однородно и нанесен в виде покрытия на неорганическую основу или отформован в монолитное изделие.
В качестве образующего катализатор вещества можно использовать переходный металл, щелочной металл, щелочноземельный металл или их сочетания.
Металлический катализатор может быть выбран из группы, включающей Pt, Pd, Rh, Ag, Au, Fe, Co, Cr, Ni, Mn, Cu, Li, Mg, Ba или их сочетания, предпочтительно Pt.
В качестве образующего катализатор вещества можно использовать хлорплатинат аммония.
Совмещенные углеобразующее вещество и образующее катализатор вещество можно наносить в виде покрытия на неорганическую основу.
В качестве неорганической основы можно использовать соты. Преимущество основы в виде сот состоит в том, что она представляет собой готовый реактор для проведения непрерывного процесса в потоке.
Неорганическая основа может представлять собой керамику, стекло, стеклокерамику, металл или их сочетания. В частности, неорганическую основу можно изготавливать из кордиерита.
В качестве термоотверждаемой смолы можно использовать фенольную смолу.
После стадии отверждения углеобразующее вещество и образующее катализатор вещество могут быть размолоты в порошок, и/или после стадии совмещения углеобразующему веществу и образующему катализатор веществу можно придать форму монолитного изделия.
Указанная задача решается также тем, что в катализаторе, нанесенном на активированный уголь и полученном путем совмещения углеобразующего вещества с образующим катализатор веществом в растворимой форме, карбонизации углеобразующего вещества и активации угля с получением нанесенного на активированный уголь катализатора, в качестве углеобразующего вещества используют жидкую термоотверждаемую смолу, катализатор распределен на частицах активированного угля однородно и нанесен в виде покрытия на неорганическую основу или отформован в монолитное изделие.
Катализатор может иметь закрепленные на нем электроды для пропускания через него электрического тока.
Каталитический реактор в виде сот можно также оборудовать электродами и нагревать для достижения определенной температуры, необходимой для данной реакции.
В общем случае данный способ включает контактирование образующего катализатор вещества с образующим активированный уголь веществом с последующей карбонизацией углеобразующего вещества и активацией угля. Это называют нанесением катализатора при формировании активированного угля "in situ".
Этот одностадийный способ имеет ряд преимуществ перед более традиционными способами получения нанесенных на уголь катализаторов. Например, полученный катализатор представляет собой высокодисперсный металл на высокопористом активированном угле и при этом получен в одну стадию, т.е. путем предварительного контактирования образующего катализатор вещества с углеобразующим веществом. Одностадийный процесс, предложенный в изобретении, более экономичен, чем известные способы, поскольку в нем отсутствует стадия или стадии нанесения катализатора на уголь.
Активированный уголь и катализатор может быть в форме тонкого порошка, гранул или монолитного изделия. Уголь может быть нанесен на частицы, хлопья, пластинки неорганического вещества, например глины, слюды, или на любые другие неорганические порошкообразные вещества или неорганические волокна, такие как оксид алюминия, муллит, стекло, стеклокерамика, SiC, Si3N4 и т.д. Уголь можно нанести на формованную основу, например в виде трубы, вспененных или многоячеистых материалов. Предпочтительной формой углеродных изделий или основ с нанесенным углем является многоячеистая структура, например соты.
Выбирают катализатор, пригодный для использования в требуемом процессе, например нефтепереработке, химическом синтезе, очистке от загрязнений, например автомобильных выхлопных газов, и т.д.
Образующее катализатор вещество, как правило, представляет собой соединение каталитически активного металла, например органической или неорганической соли, которое при нагревании разлагается до металла или оксида металла. В качестве неорганических соединений могут быть, например, оксиды, соли, такие как хлориды, нитраты, карбонаты, сульфаты, комплексные аммониевые соли и т.д. В качестве органических соединений можно использовать, например, металлоорганические соединения соответствующего типа.
Типичными каталитически активными металлами являются переходные, щелочные, щелочноземельные металлы или их сочетания. Предпочтительно каталитически активными металлами являются Pt, Pd, Rh, Ag, Au, Fe, Co, Cr, Ni, Mn, Cu, Li, Mg, Ba, Mo, Ru, Os, Ir или их сочетания. В качестве лишь некоторых возможных примеров каталитически активных металлов, не исчерпывающих их список, можно привести оксиды V, Co, Cu, Ni или Fe для превращения оксидов азота и серы; благородные металлы, Cu, Zn, Co, Ni, Mn, Cr, Fe для различных химических реакций и т.д.
Одним из особенно эффективно используемых катализаторов является платина. Обычно в этом случае проводят взаимодействие углеобразующего вещества с ее комплексной аммониевой солью, например хлорплатинатом аммония (NH4)2PtCl4.
Под углеобразующим понимают вещество, содержащее углерод, которое превращается при нагревании в уголь с непрерывной структурой. Углеобразующим может служить любое жидкое или превращаемое в жидкость углеродсодержащее вещество. В качестве примеров подходящих углеобразующих веществ можно привести термопластичные смолы (например, поливинилиден, поливинилхлорид, поливиниловый спирт и т.п.), растворы сахара, фурфуриловый спирт и каменноугольный пек.
Предпочтительны углеобразующие вещества с низкой вязкостью, (например, термоотверждаемые смолы), особенно если углеобразующее вещество и катализатор контактируют с основой, поскольку низкая вязкость способствует более глубокому проникновению углеобразующего вещества в пористую основу. Наиболее предпочтительны фенольные смолы ввиду их низкой вязкости, высокого содержания углерода, высокой степени сшивания при отверждении по сравнению с другими углеобразующими веществами, а также низкой цены. Из числа особенно хорошо пригодных для этой цели смол можно назвать фенольно-резольную (N 43290) и плиофен, производимые фирмой Occidental Chemical Co., Niagara Falls, N.Y.
Углеобразующая жидкость, используемая в данном способе, может представлять собой одно углеобразующее вещество или смесь двух и более углеобразующих веществ.
Углеобразующее вещество и образующее катализатор вещество совмещают путем их смешения друг с другом с образованием раствора или эмульсии.
После смешения углеобразующего и образующего катализатор веществ их подвергают обработке для карбонизации углеобразующего вещества и активации угля, при необходимости активации катализатора, и перевода активированного угля в необходимую физическую форму.
В соответствии с предпочтительным способом реализации осуществляют взаимодействие углеобразующего вещества и образующего катализатор вещества с соответствующей неорганической пористой монолитной основой с образованием на поверхности основы покрытия из углеобразующего вещества и катализатора.
Основа имеет внешнюю поверхность с уходящими внутрь порами. Покрытие проникает внутрь и распределяется в порах основы, покрывая их поверхность.
Наиболее предпочтительная форма монолитной основы обладает способностью пропускать поток рабочей среды, т. е. имеет систему соединяющихся друг с другом пор, проходящих снаружи внутрь, и/или каналы, проходящие с одного края монолита до другого для прохождения через них потока рабочей среды, входящего с одной стороны и выходящего с другой.
Основа должна обладать достаточной для функционирования прочностью и выдерживать термообработку при температурах, необходимых для формирования покрытия из активированного угля.
Желательно, чтобы суммарное содержание открытых пор в основе составляло по меньшей мере 10%, предпочтительно - более 25%, наиболее предпочтительно - более 40%. В большинстве случаев желательна степень пористости от 45 до 55%. Предпочтительно, чтобы поры в материале основы образовывали открытую систему пор, в которой поры соединяются и/или пересекаются с другими порами с образованием трехмерной пористой системы внутри основы.
К числу подходящих для использования в качестве основы пористых материалов относятся керамика, стеклокерамика, стекло и их сочетания. Под этими сочетаниями подразумевают физические или химические сочетания, например смеси, соединения или композиты.
Некоторые материалы, особенно пригодные для использования в данном изобретении (хотя понятно, что изобретение ими не ограничивается), изготовлены из кордиерита, муллита, глины, талька, циркона, оксида циркония, цирконатов, цирконовой шпинели, алюмосиликатов магния, шпинели, оксида алюминия, оксида кремния, силикатов, боридов, алюмосиликатов, например фарфора, алюмосиликатов лития, алюмокремниевых оксидов, полевого шпата, оксидов титана, плавленого оксида кремния, нитридов, боридов, карбидов, например карбида кремния, нитрида кремния или их смесей. Предпочтительно использовать кордиерит, так как его коэффициент термического расширения сопоставим с коэффициентом термического расширения угля, что увеличивает прочность элемента, содержащего активированный уголь. Некоторые типичные керамические материалы для основы описаны в литературе (Пат. США N 4127961 и N 3885977). Подходящими металлическими материалами являются любые металлы, или сплавы, или интерметаллические соединения, которые обеспечивают надежную работоспособность структуры, при этом желательно, чтобы они не размягчались при температурах до 600oC. Наиболее пригодны сплавы, большей частью состоящие из металла группы железа (т.е. Fe, Ni и Co), как содержащие углерод (например, стали, особенно нержавеющие или высокотемпературные), так и не содержащие углерод. Наиболее типичными из сплавов последнего типа для высокотемпературной эксплуатации являются сплавы, состоящие лишь из металла группы железа (предпочтительно железа) и алюминия. Особенно предпочтительны Fe, Al и Cr. Например, особенно пригодны порошки Fe5-20Al-5-40Cr, и Fe7-10Al10-20Cr с другими возможными добавками. Некоторые типичные композиции металлических порошков для формирования основы описаны в литературе (Пат. США N 3885977 и 4992233. Европ. заявка N 0488716). В литературе (Пат. США N 4992233 и N 4758272) описаны способы получения пористых спеченных изделий, состоящих из металлических порошков Fe и Al с возможными добавками Sn, Cu и Cr. В Европе. заявке N 0488716 описаны пористые агломерированные элементы, содержащие 5-40 мас.% Cr, 2-30 мас.% Al, 0-5 мас.% специального металла, 0-4 мас.% добавки оксида редкоземельного металла, остальное - металл группы железа и неизбежные примеси, причем предпочтительным металлом группы железа является железо. Если присутствует оксид редкоземельного металла, то специальный металл представляет собой по меньшей мере один из группы, включающей Y, лантаноиды, Zr, Hf, Ti, Si, щелочноземельные металлы, B, Cu и Sn. При отсутствии оксида редкоземельных металлов специальный металл представляет собой по меньшей мере один из группы, включающей Y, лантаноиды, Zr, Hf, Ti, Si и B с возможными добавками щелочноземельных металлов, Cu и Sn.
Основа предпочтительно представляет собой соты или матрицу из тонких стенок, образующих множество открытых ячеек, проходящих от одного края сот до другого.
В качестве примеров сот, полученных предложенным способом, хотя и не ограничивающих объем изобретения, можно указать соты, имеющие около 172 ячеек/см2 (1100 ячеек/дюйм2), около 94 ячеек/см2 (600 ячеек/дюйм2), около 62 ячеек/см2 (400 ячеек/дюйм2), около 47 ячеек/см2 (300 ячеек/дюйм2), около 31 ячейки/см2 (200 ячеек/дюйм2), около 15 ячеек/см2 (100 ячеек/дюйм2), около 2,5 ячеек/см2 (16 ячеек/дюйм2), или около 1,5 ячеек/см2 (9 ячеек/дюйм2).
Толщина стенок (перегородок) в большинстве случаев обычно составляет от 0,1 до 1,3 мм (от 4 до 50 милей), хотя изобретение не ограничено этими интервалами. Наружные размеры и форма изделия зависят от области применения и не ограничены указанными выше параметрами. Например, могут быть использованы и другие сочетания плотности размещения ячеек и толщины стенок.
В качестве основы для нанесения активированного угля наиболее пригодны соты из кордиерита.
Контактирование осуществляют любым способом, обеспечивающим тесный контакт углеобразующего вещества и катализатора с неорганической основой. В качестве примеров таких способов можно привести погружение основы в раствор углеобразующего вещества и катализатора (или в соответствующую жидкость) или непосредственное напыление раствора углеобразующего вещества и катализатора (или жидкости) на основу.
Возможное количество угля (а также катализатора), образующееся на основе, зависит от количества углеобразующего вещества (а также образующего катализатор вещества), удерживаемого основой. Это количество может быть увеличено, например, путем неоднократного контактирования основы с углеобразующим веществом (и образующим катализатор веществом) с промежуточной сушкой основы после каждого контакта. Кроме того, количество удерживаемого основой углеобразующего вещества можно в случае пористой основы регулировать путем простого изменения общей пористости основы (например, с увеличением пористости возрастает количество удерживаемого основой углеобразующего вещества (и образующего катализатор вещества) и, соответственно, количество образующегося угля (и металлического катализатора)).
Далее основу с углеобразующим веществом (и катализатором) подвергают термообработке для превращения углеобразующего вещества в непрерывный слой угля (карбонизации). Затем полученную при этом основу с нанесенным слоем угля (и катализатора) подвергают термообработке с осуществлением активации угля и получением структуры, содержащей активированный уголь с диспергированным в нем катализатором.
Если углеобразующим веществом является термоотверждаемая смола, ее отверждают перед активацией, а чаще всего перед карбонизацией. Отверждение обычно проводят путем нагревания основы с покрытием до температуры от 100 до 200oC в течение от 0,5 до 5,0 ч. Как правило, отверждение проводят на воздухе при атмосферном давлении. При использовании некоторых углеобразующих веществ (например, фурфурилового спирта) отверждение можно проводить путем добавления катализатора отверждения, например, кислотного катализатора, при комнатной температуре.
Карбонизация представляет собой термическое разложение углеродсодержащего вещества, при котором выделяются вещества с низкой молекулярной массой (например, диоксид углерода, вода и т.д.) и образуется затвердевшая масса угля с остаточной пористостью.
Такое превращение, или карбонизацию, отвержденного углеобразующего вещества проводят обычно путем нагревания основы до температуры 600-1000oC в течение 1-10 часов в восстановительной или в инертной атмосфере (азот, аргон и т.д.).
После отверждения и карбонизации углеобразующего вещества поверхность основы полученной структуры полностью покрыта слоем не имеющего никаких разрывов угля, содержащего диспергированный катализатор. Это угольное покрытие закреплено в порах основы и поэтому прочно с ней связано. Наружная поверхность угольного покрытия представляет собой непрерывный слой из углерод-углеродных связей.
Как отмечено выше, если в основе имеется система взаимопроникающих пор, то внутри нее образуется взаимосвязанная угольная поверхность, что позволяет получить угольное покрытие с еще большей адгезией. Непрерывное угольное покрытие, нанесенное на наружную поверхность полученной основы, образует структуру, имеющую высокую адсорбционную способность, несмотря на сравнительно низкое содержание угля, а также высокую прочность и высокую температуру эксплуатации. Могут быть получены структуры, содержащие не более 50%, часто не более 30% угля от суммарной массы основы и угля.
Активацию проводят для существенного увеличения объема и диаметра микропор, образовавшихся в ходе карбонизации, и для образования новых пор. Активация создает большую площадь поверхности, что в свою очередь придает структуре высокую адсорбционную способность. Активацию проводят известными способами, например обработкой структуры окислителями, такими как пар, диоксид углерода, хлорид металла (например, хлорид цинка), фосфорная кислота или сульфид калия, при высоких температурах (например от 600 до 1000oC).
В описанной структуре слой активированного угля обладает высокой стойкостью к выкрашиванию и отслаиванию, имеет высокую прочность и термостойкость по сравнению с угольными покрытиями, получаемыми погружением основы в суспензию активированного угля в связующем. Кроме того, эти покрытые углем конструкции проявляют более высокие адсорбционные свойства, чем конструкции с экструдированным углем или конструкции с покрытием, изготовленным непосредственно из угля.
В другом варианте формирование катализатора, нанесенного на активированный уголь, осуществляют совместной переработкой углеобразующего вещества и образующего катализатор вещества с образованием порошка, шариков, гранул или монолитного изделия. В этом случае углерод не наносят на пористую неорганическую основу. Однако обработка катализатора, нанесенного на уголь, сходна с обработкой основы с нанесенным активированным углем. Например, образующее катализатор вещество смешивают с углеобразующим веществом в количестве, достаточном для получения определенного содержания металлического катализатора (обычно от 0,1 до 10 мас.%). Затем углеобразующее вещество несколько раз подвергают термообработке для отверждения, при необходимости, углеобразующего вещества с последующим превращением его в слой непрерывного угольного покрытия путем карбонизации.
Получаемому катализатору на активированном угле придают форму порошка, шариков, гранул или монолитного изделия на стадии отверждения или карбонизации. Порошки можно получать путем размола отвержденного или карбонизированного материала или путем распылительной сушки раствора веществ, образующих уголь и катализатор, при температуре отверждения углеобразующего вещества (если проводят отверждение). Затем порошок карбонизируют и активируют с образованием высокопористого активированного угля. Монолит можно получать путем отливки углеобразующего и образующего катализатор веществ в форму с осторожным отверждением, карбонизацией и активацией формы. Шарики и гранулы можно получать из монолита с помощью размола или отливкой раствора или эмульсии исходных веществ в маленькие формы.
Карбонизированный катализатор в углеродсодержащем материале активируют одним из указанных выше способов для получения большой площади поверхности угля и создания доступа потоков реагентов к поверхности металлического катализатора.
Катализатор, нанесенный на активированный уголь в форме порошка, гранул, шариков или монолитных угольных изделий, имеет ряд преимуществ, характерных для покрытой активированным углем основы, а именно высокую дисперсность катализатора, высокую адсорбционную емкость, большой объем пор и большую площадь активной поверхности. Особым преимуществом, отличающим данный способ получения катализатора на активированном угле от других способов, является его экономичность, обусловленная получением высокодисперсных катализаторов в одностадийном процессе. Другие способы, такие как метод первоначального смачивания или осаждение из паровой фазы, требуют особого внимания к химии поверхности угля и многократного нанесения катализатора, и поэтому являются чрезвычайно дорогостоящими.
В одном из наиболее предпочтительных вариантов выполнения смешивают смолу, например фенольную смолу, с соединением платины в виде соли, например (NH4)2PtCl4, в количестве, например, от 0,5 до 5 мас.% металлической Pt от количества угля, образующегося после активации, и наносят смесь на основу, например, кордиерит в форме сот. Установлено, что размер кристаллитов платины и степень ее диспергирования на активированном угле можно регулировать путем изменения температуры карбонизации и активации, как видно из приведенных ниже примеров.
В другом наиболее предпочтительном варианте выполнения смешивают соединения переходных металлов, например Fe, Cu, Ni, Cr в форме растворимых солей, таких как хлориды, с углеобразующим веществом, например фенольной смолой, и наносят в качестве покрытия на основу, например соты из кордиерита.
В ходе операций карбонизации и активации в условиях обжига различные соединения металлов превращаются в металлы или оксиды металлов в соответствии с их термодинамическим равновесием. В условиях восстановительной среды при карбонизации только металлы с высокими потенциалами окисления, например хром, образуют оксиды, металлы с невысокими потенциалами окисления выделяются в металлической форме. В мягких окислительных условиях активации металлы с умеренным окислительным потенциалом, например железо, и в меньшей степени никель, образуют оксиды, тогда как металлы со слабыми потенциалами окисления, такие как платина и медь, получаются в форме металлических кристаллитов. Изобретение не ограничено теми катализаторами, которые образуются непосредственно на стадиях карбонизации и активации. Степень окисления и химическое состояние металлического катализатора можно менять путем соответствующей обработки после завершения стадии активации. Оксиды металлов могут быть восстановлены с помощью термообработки в присутствии водорода без какого-либо нарушения структуры активированного угля. Металлы можно превратить в оксиды без заметного окисления угольного носителя экспонированием на воздухе при температуре ниже 400oC. При необходимости получения другой химической формы катализатора, например сульфидной, можно использовать термообработку в атмосфере, содержащей H2S, для превращения металлов из оксидов металлов в мелкодисперсные частицы катализатора - сульфида металла без заметного воздействия на структуру угля.
Карбонизацию можно проводить в инертной или восстановительной атмосфере при температурах от 500 до 1000oC в течение 1-10 ч, предпочтительно от 700 до 900oC. Активацию проводят при температуре от 400 до 1000oC, предпочтительно от 400 до 900oC. Конкретные температуры зависят от катализатора и исходных веществ.
В другом варианте выполнения изобретения на основу с покрытием из активированного угля и катализатора могут быть установлены электроды. Предпочтительно это осуществляют способом, описанным в ЕР-А-0684071.
Предпочтительной основой является основа в форме сот, наиболее предпочтительны соты из кордиерита.
В данном варианте использованы токопроводящие свойства угля. При прохождении электрического тока через уголь последний нагревается до определенной температуры, зависящей от сопротивления элемента и приложенного напряжения. В конструкции элемента могут быть использованы такие величины сопротивления и напряжения, которые позволяют нагреть элемент до требуемой температуры.
Такие элементы, снабженные электрическими контактами для нагрева до требуемой температуры, с покрытием, содержащим равномерно диспергированный катализатор, могут служить реакторами непрерывного действия для проведения некоторых реакций. Для данной реакции готовят основу с активированным углем, содержащим требуемый катализатор, диспергированный в активированном угле. Такой элемент, имеющий электроды, нагревают до оптимальной температуры реакции. Реагенты пропускают через этот реактор для проведения необходимой реакции, например химического превращения.
Электропроводящие средства устанавливают таким образом, чтобы они могли проводить электрический ток через структуру или, в частности, через уголь с равномерным нагреванием угля. Реальное расположение проводящих средств зависит от типа устройства и от формы структуры, при этом изобретение не ограничено какими-либо специфическими видами проводящих средств, лишь бы только электрический ток вызывал равномерное нагревание структуры без локальных перегревов.
Как правило, проводящие средства должны обладать удельным сопротивлением по меньшей мере 0,001 Ом•см, но обычно оно составляет по меньшей мере 0,01 Ом•см, наиболее типично - не менее 0,1 Ом•см. Для решения задач данного изобретения удельное сопротивление может составлять от 0,10 до 25 Ом•см.
Для данного изобретения удельное сопротивление изделия описывается формулой:
Figure 00000001

где ρ - удельное сопротивление, Ом • см,
R - сопротивление, Ом,
A - площадь проводящей поверхности, см2,
L - расстояние между двумя проходящими поверхностями, см.
Требования к напряжению и силе тока меняются в зависимости от применения, и удельное сопротивление можно при необходимости изменять в соответствии с данным уравнением. Например, если требуется нагреть изделие в кислородсодержащей атмосфере, в частности воздухе, при использовании в автомобиле, то напряжение и сила тока должны быть подобраны так, чтобы нигде в изделии не было локальных перегревов выше 350oC. Если же элемент нагревают в инертной или нереакционноспособной атмосфере, например в азоте, то напряжение и сила тока должны быть такими, чтобы нигде в элементе не было локальных перегревов выше 1000oC.
Некоторыми наиболее предпочтительными проводящими материалами являются такие металлы, как медь, серебро, алюминий, цинк, никель, свинец, олово и их сплавы, при этом предпочтительной является медь ввиду ее высокой проводимости и минимального сопротивления, а также дешевизны.
Электропроводящее устройство, как правило, представляет собой полоску проводящего материала, или электрод, или покрытие из проводящего материала на монолитной структуре. В данном изобретении термин "проводящее покрытие" относится к покрытию, нанесенному на структуру с активированным углем и поэтому отличающемуся от угольного покрытия самой структуры.
При использовании электрода его можно установить с помощью прижима, например пружины. Кроме того, можно установить на структуре полоску электропроводящего металла с помощью электропроводящего адгезива, например серебросодержащих эпоксидов, таких как Е-припой N 3012 и 3021 производства фирмы Acme Chemicals and Insulation Co.
Проводящее покрытие экономично и дает однородное сопротивление, что позволяет избежать локальных перегревов.
Одним особенно приемлемым вариантом является установка металлических проводников на противоположные поверхности изделия. Под противоположными подразумевают поверхности, расположенные в соответствии с формой изделия таким образом, что пропускание между ними электрического тока приводит к равномерному нагреванию угля.
Предпочтительной формой монолита являются соты, например соты, покрытые углем, полученным из углеобразующего вещества, прямоугольной формы с проводящим покрытием на двух противоположных сторонах.
Проводящие покрытия проходят внутри монолитной структуры и покрывают стенки ячеек вглубь на некоторую их длину. Глубина проникновения покрытия может быть различной, но она должна быть достаточной для равномерного распространения тока при прохождении через изделие.
Другими возможными формами изделий и вариантами покрытий могут быть соты прямоугольного или цилиндрического профиля с электропроводящим покрытием в форме полос вдоль закрытых сторон, или в виде колец вокруг сторон у открытых торцов, или на открытых торцах, или один контакт находится на всей наружной части структуры, а другой - внутри структуры, например в центре. Указанные примеры лишь иллюстрируют возможные варианты, но не ограничивают объем изобретения. Они зависят от области применения и таких факторов, как стоимость, размеры, температура и т.д. Необходимо обеспечить низкое сопротивление и высокую механическую прочность структуры.
Проводящее покрытие можно наносить любым подходящим известным способом, например соединением фриттованием, дуговым напылением, пламенным напылением, плазменным напылением, ультразвуковой сваркой, накрашиванием и т.д.
Изобретение не ограничено какой-либо толщиной покрытия. Толщина определяется природой покрытой поверхности и металлом, используемым для покрытия. Покрытие должно иметь толщину, достаточную для обеспечения низкого сопротивления проходящему току, и быть долговечным, т.е. стойким к окислению и коррозии, и иметь хорошую механическую прочность. Однако толщина покрытия не должна быть настолько большой, чтобы оно отслаивалось или крошилось, и оно не должно быть чрезмерно дорогим.
Один из наиболее приемлемых способов нанесения электропроводящего покрытия на первом этапе заключается в придании гладкости поверхности, покрытой активированным углем. Это обычно осуществляют шлифовкой покрытой активированным углем поверхности, пока она не станет плоской и гладкой. Если поверхность грубая, ее шлифуют наждачной бумагой N 600. Затем на гладкое покрытие из активированного угля наносят электропроводящее покрытие. Ниже описаны некоторые практические методы нанесения электропроводящего покрытия.
Один из методов заключается в приготовлении смеси для покрытия, состоящей из порошка металлической меди и стеклянной фритты, при этом обычное массовое соотношение меди и фритты составляет от 10:1 до 2:1, чаще от 6:1 до 2: 1. Например, типичные композиции меди и фритты имеют состав 70 мас.% меди и 30 мас.% фритты или 84 мас.% меди и 16 мас.% фритты. Затем покрытие подвергают обжигу.
Приемлемым методом также является дуговое напыление. Его производят с помощью пропускания двух металлических проводов через питающее устройство и пистолет дугового напыления. Электрический ток образует между проводами электрическую дугу. Дуга создает зону высокого нагрева, в которой плавятся провода, а струя сжатого воздуха напыляет расплавленный металл на соответствующую основу с образованием прочного покрытия.
Другим методом является приготовление припоя, например серебряного, никелевого или из другого подходящего электропроводящего покрытия, и его нанесение описанными выше способами, включая ультразвуковую сварку.
Изобретение иллюстрируется приведенными ниже примерами, не ограничивающими его объем. Все части, доли и проценты - массовые, если не указано иное.
Пример 1.
Платиновую соль (NH4)2PtCl4 производства фирмы Englehard specialty chemicals Newark, N.J., растворяли в деионизированной воде с получением 33%-ного раствора. В качестве фенольной смолы использовали фенольно-резольную смолу (N 43290) производства фирмы Occidental Chemical Co., Niagara Falls, N.Y. Около 7,5 г раствора платиновой соли добавляли при перемешивании в фенольную смолу. Затем смесь наносили на основу из пористого кордиерита в виде сот, содержащих 62 ячейки/см2 (400 ячеек/дюйм2) погружением в течение 1 минуты с последующей очисткой каналов от избытка смолы продувкой сжатым воздухом. Образцы нагревали от комнатной температуры до температуры около 150oC со скоростью 25oC в час для сушки и отверждения смолы. Покрытую отвержденной смолой сотовую основу далее нагревали в атмосфере азота при 500oC со скоростью 150oC в час и выдерживали при этой температуре около 1 часа. Затем конструкцию нагревали до 900oC и выдерживали 6 часов для карбонизации смолы. Далее сотовый элемент, покрытый карбонизированной смолой, активировали паром при 800oC в течение 1 часа при содержании в азоте около 30 мольных долей пара. Активированный этим способом образец был охлажден до комнатной температуры, извлечен и испытан по методу температурно-программируемого восстановления (ТПВ) водородом, методу температурно-программируемой десорбции (ТПД) и методу рентгеновской дифракции. Методом ТПД показано, что размеры кристаллитов Pt составляют около 100
Figure 00000002
. Методом рентгеновской дифракции установлено, что кристаллиты платины не содержат или содержат мало PtO или PtO2. Предполагается, что такая хорошо диспергированная платина может быть высокоактивным катализатором для различных химических реакций.
Температурно-программируемое восстановление (ТПВ) и температурно-программируемая десорбция (ТПД) - хорошо известные методы определения дисперсности катализатора. Образец содержащего катализатор угля сначала нагревают в аргоне до 300oC со скоростью продувания аргона 30 см3/мин для удаления любых адсорбированных частиц. Затем образец нагревают до 380oC в токе водорода (30 см3/мин) для восстановления металлов. Далее образец охлаждают до комнатной температуры и пропускают над ним поток водорода для его адсорбции. Адсорбированный водород десорбируют нагреванием образца и измеряют количество водорода, выделяемого при разных температурах. Измеренное количество водорода используют для расчета площади активной поверхности металлической платины, а из этой величины и известного количества катализатора в образце рассчитывают дисперсность (т. е. размер полученных кристаллитов платины). Этот метод является стандартным, и дисперсность частиц проверяют методом электронно-трансмиссионной микроскопии (ЭТМ). Средний размер кристаллитов, рассчитанных из результатов ТПВ, хорошо коррелирует с размером кристаллитов, измеренным методом ЭТМ. ЭТМ является методом электронной микроскопии, позволяющим увидеть детали при степени увеличения свыше 1 миллиона, что дает возможность прямого измерения дисперсных частиц.
Пример 2.
Повторяли операции примера 1, но активацию проводили в CO2 при 900oC в течение 2 часов. Из результатов ТПВ установлено, что размер кристаллитов платины составляет около 170
Figure 00000003
. Методом рентгеновской дифракции установлено наличие кристаллитов Pt, не содержащих или содержащих мало PtO или PtO2, что предпочтительно, поскольку платина каталитически активна в форме металла, а не оксидов. Результаты показывают, что платина получена именно в форме металла, наиболее предпочтительной для катализа.
Пример 3.
Повторяли операции примера 2, но активацию угля проводили при 700oC в течение 2 часов в CO2. Размер кристаллитов платины в этом образце составил около 25
Figure 00000004
. В этом случае дисперсность значительно выше, чем в примерах 1 и 2.
Приведенные выше примеры ясно иллюстрируют возможности регулирования дисперсности платины путем изменения условий обработки угля. Очень высокая дисперсность, полученная в примере 3, близка к дисперсности в 20
Figure 00000005
катализаторов, получаемых зародышевым методом.
Пример 4.
Получали растворы хлоридов железа, никеля, меди и хрома, содержащие примерно 2 части соответствующего металла на 5 - 10 частей воды. Раствор хлорида металла смешивали с таким объемом фенольной смолы, из которого образуется около 98 частей активированного угля. Полученную смесь хлорида металла и смолы отверждали при 150oC и карбонизировали при 700-900oC. Образцы активировали в CO2 при 900oC в течение 1 часа. Методом рентгеновской дифракции установлено, что карбонизированные смеси смолы и солей Fe, Ni и Cu содержат металлы с нулевой степенью окисления (отсутствуют соли металлов или соединения, образующиеся в процессе карбонизации). Хром образует в угле фазу Cr2O3, не содержащую нульвалентного металла. Карбонизированные при 900oC образцы активировали около 1,5 часов при 900oC и исследовали методом рентгеновской дифракции. Хром и железо образовывали оксиды, а никель присутствовал в форме сочетания NiO и металлического никеля. Медь присутствовала только в виде металла. Из этих результатов видно, что химическое состояние металла в активированном угле зависит от условий обработки и его поэтому можно регулировать и предсказывать. Иными словами, выбирая соответствующее вещество для катализатора и условия проведения процесса, можно получать катализатор в металлической или окисленной форме.
Одной из многих областей использования предложенных в данном изобретении изделий является разложение озона. Установлено, что озон, выделяющийся при работе лазерных принтеров и фотокопировальных аппаратов, создает в офисах концентрации, опасные для здоровья людей. Для адсорбции и разложения озона с последующим выделением кислорода в окружающую среду используют слой активированного угля. Проблема при использовании слоя активированного угля заключается в том, что охлаждающий внутренние рабочие части принтеров и копировальных устройств вентилятор должен преодолевать большое сопротивление, вызванное падением давления, при прокачке достаточного для охлаждения количества воздуха. Решением этой проблемы является использование активированного угля в форме сот. Недостатки формованных изделий с активированным углем обсуждались выше. Изделия, предложенные в данном изобретении, обладают высокими эксплуатационными качествами при разложении озона.
На приведенных ниже примерах показано, что предложенные сотовые элементы с содержащим катализатор активированным углем хорошо применимы для разложения озона.
Пример 5.
Сотовый элемент из кордиерита, содержащий около 31 ячейки/см2 (200 ячеек/дюйм2) с ячейками квадратного сечения размерами 0,3 мм (12 милей) покрывали плиофеновой фенольной смолой производства фирмы Occidental Chemical Co., Niagara Falls, N.Y. Затем смолу отверждали, карбонизировали в азоте при 900oC и активировали в CO2 при той же температуре. Полученный уголь имел площадь поверхности около 753 м2/г, измеренную методом БЭТ по адсорбции N2. Затем в сотовом элементе диаметром 2,54 см (1 дюйм) и длиной 2,54 см (1 дюйм) определяли адсорбцию озона при скорости потока воздуха 15,24 м/мин (50 футов/мин) и концентрации озона 0,60 млн.ч. (ррm) озона. Установлено, что адсорбционная способность составила 92%. Содержание угля в образце составляло 21 мас.% от массы сотового элемента.
Пример 6.
На образец кордиерита, содержащий около 59 ячеек/см2 (380 ячеек/дюйм2) с ячейками треугольного сечения наносили покрытие, отверждали его, карбонизировали и активировали так же, как в примере 5. Этот образец испытывали на адсорбцию озона при скорости потока воздуха около 50 футов/мин и концентрации озона около 0,63 млн.ч. (ррm). В этом случае адсорбционная способность составила около 86%. Содержание угля в образце 19,8%.
Высокая адсорбционная способность в приведенных примерах демонстрирует эффективность данной структуры даже с очень низким содержанием угля. Как правило, на покрытую углем основу наносят катализаторы для увеличения адсорбционной способности и длительности службы.
Ниже приведены примеры нанесения на сотовые элементы различных оксидов переходных металлов в качестве катализаторов с помощью одностадийного способа, предложенного в данном изобретении.
Пример 7.
Растворяли 5,6 г Mn(NO3)2 • 4H2O в 30 г дистиллированной воды. Затем этот раствор добавили к 187,5 г плиофеновой фенольной смолы. Смесь смолы и раствора наносили на сотовый элемент из кордиерита. Смолу отверждали и карбонизировали при 900oC в азоте и активировали при 900oC в течение 2 часов с получением сотового элемента с нанесенным in situ катализатором. Сотовый элемент из кордиерита содержал 62 ячейки/см2 (400 ячеек/дюйм2) с толщиной стенок 0,15 мм (6 милей). Испытания на адсорбцию озона проводили при содержании озона в воздухе около 1 млн.ч. (масс.), при скорости воздуха 120 футов/мин, или 36 м/мин. Эффективность разложения озона составила 100%.
Пример 8.
Повторяли операции примера 7 с раствором 8 г CuSO4 в 35 r воды. Раствор добавляли к 250 г раствора фенольной смолы так же, как в примере 7. Сотовый элемент, содержащий 62 ячейки/см2 (400 ячеек/дюйм2) покрывали смолой, затем отверждали, карбонизировали и активировали, как и ранее, с получением сотового элемента, содержащего осажденную CuO. В условиях испытаний, аналогичных приведенным в примере 7, эффективность разложения озона составила 100%.
Пример 9.
Повторяли операции примера 8 с MnSO4 вместо CuSO4 с получением MnO, нанесенного на сотовый элемент. В условиях испытаний, аналогичных приведенным в примере 7, эффективность разложения озона составила 100%.
Пример 10. Раствор 8,8 г Fe(NO3)3 • 9H2O и 5,6 г Mn(NO3)2 • 4H2O добавляли к 187,5 г плиофеновой фенольной смолы. Этим раствором покрывали сотовый элемент из кордиерита, отверждали, карбонизировали и активировали элемент так же, как описано ранее, при 900oC. В условиях испытаний, аналогичных приведенным в примере 7, эффективность разложения озона составила 100%.
Пример 11.
В некоторых областях применения катализаторов, полученных предложенным в данном изобретении способом, может потребоваться уголь в виде порошка, гранул, капсул или монолитных изделий. Приведенный ниже пример иллюстрирует способ получения никелевого катализатора, нанесенного на угольный порошок.
Образцы никеля, нанесенного на порошок активированного угля, получены общим способом, описанным в предыдущих примерах. В следующих примерах растворяли 1,85 г NiCl2 • 6H2O в 5 мл воды и добавляли этот раствор к 100 мл плиофеновой фенольной смолы. Образцы отверждали при 150oC, карбонизировали при 600-800oC. Затем образцы активировали CO2 при 700-900oC. Каждый из образцов получен в виде зернистого порошка путем размола отвержденной смолы до размеров частиц менее 100 меш перед карбонизацией.
Одну часть отвержденной смолы карбонизировали при 900oC в течение 6 часов и исследовали методом ЭТМ. Средний размер частиц никеля на микрофотографиях составил 500
Figure 00000006
. С помощью рентгеновской дифракции установлено, что никель присутствует в форме металлического никеля.
Другой образец содержащей никель отвержденной смолы карбонизировали при 700oC в течение 6 часов. Этот образец имел средний размер частиц 250-350
Figure 00000007
и, кроме того, заметно кристаллизованную подложку угля. Размер частиц никеля уменьшился, поскольку карбонизацию и активацию проводили в более мягких условиях, что показывает возможность регулирования размеров частиц оптимизацией термической обработки материала.
Третий образец карбонизировали при 600oC в течение 2 часов и активировали при 800oC 1 час, при этом получили уголь, содержащий 2,02% Ni. Анализ этого образца методом ТПД показал, что средний размер частиц составляет около 125
Figure 00000008
.

Claims (12)

1. Способ получения катализатора, нанесенного на активированный уголь, включающий совмещение углеобразующего вещества с образующим катализатор веществом в растворимой форме, карбонизацию углеобразующего вещества и активацию угля с получением нанесенного на активированный уголь катализатора, отличающийся тем, что в качестве углесодержащего вещества используют жидкую термоотверждаемую смолу, катализатор распределен на частицах активированного угля однородно и нанесен в виде покрытия на неорганическую основу или отформован в монолитное изделие.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве образующего катализатор вещества используют переходный металл, щелочной металл, щелочноземельный металл или их сочетания.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что металлический катализатор выбирают из группы, включающей Pt, Pd, Rh, Ag, Au, Fe, Co, Cr, Ni, Mn, Cu, Li, Mg, Ba или их сочетания, предпочтительно Pt.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве образующего катализатор вещества используют хлорплатинат аммония.
5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что совмещенные углеобразующее вещество и образующее катализатор вещество наносят в виде покрытия на неорганическую основу.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве неорганической основы используют соты.
7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что неорганическая основа представляет собой керамику, стекло, стеклокерамику, металл или их сочетания.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что неорганическую основу изготавливают из кордиерита.
9. Способ по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что в качестве термоотверждаемой смолы используют фенольную смолу.
10. Способ по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что после стадии отверждения углеобразующее вещество и образующее катализатор вещество размалывают в порошок и/или после стадии совмещения углеобразующему веществу и образующему катализатор веществу придают форму монолитного изделия.
11. Катализатор, нанесенный на активированный уголь, полученный путем совмещения углеобразующего вещества с образующим катализатор веществом в растворимой форме, карбонизации углеобразующего вещества и активации угля с получением нанесенного на активированный уголь катализатора, отличающийся тем, что в качестве углеобразующего вещества используют жидкую термоотверждаемую смолу, катализатор распределен на частицах активированного угля однородно и нанесен в виде покрытия на неорганическую основу или отформован в монолитное изделие.
12. Катализатор по п.11, отличающийся тем, что имеет закрепленные на нем электроды для пропускания через него электрического тока.
RU95113891/04A 1994-08-12 1995-08-08 Способ получения катализатора, нанесенного на активированный уголь, и катализатор, полученный этим способом RU2170140C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/289,434 1994-08-12
US08/289,434 US5488023A (en) 1994-08-12 1994-08-12 Method of making activated carbon having dispersed catalyst

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95113891A RU95113891A (ru) 1997-08-27
RU2170140C2 true RU2170140C2 (ru) 2001-07-10

Family

ID=23111522

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95113891/04A RU2170140C2 (ru) 1994-08-12 1995-08-08 Способ получения катализатора, нанесенного на активированный уголь, и катализатор, полученный этим способом

Country Status (10)

Country Link
US (1) US5488023A (ru)
EP (1) EP0696473B1 (ru)
JP (1) JP3818682B2 (ru)
KR (1) KR100367251B1 (ru)
AT (1) ATE308381T1 (ru)
AU (1) AU688530B2 (ru)
BR (1) BR9503615A (ru)
DE (1) DE69534559T2 (ru)
RU (1) RU2170140C2 (ru)
TW (1) TW429164B (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2520874C2 (ru) * 2009-02-27 2014-06-27 Басф Корпорейшн Способ изготовления металл-углерод содержащих тел
RU2677479C2 (ru) * 2014-03-07 2019-01-17 Чайна Петролеум Энд Кемикал Корпорейшн Композитный катализатор и способ его получения
RU2677480C1 (ru) * 2018-04-27 2019-01-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) Способ получения катализатора для окисления фосфина
US10279328B2 (en) 2009-02-27 2019-05-07 Basf Corporation Process for the preparation of metal-carbon containing bodies
RU2796402C1 (ru) * 2020-08-26 2023-05-23 Хиндустан Петролиум Корпорейшн Лимитед Каталитическая композиция для производства водорода

Families Citing this family (69)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69629979T2 (de) * 1995-06-02 2004-07-29 Corning Inc. Vorrichtung zur Entfernung von Kontaminationen aus Fluidströmen
WO1998016377A1 (en) * 1996-10-11 1998-04-23 Corning Incorporated Supported activated carbon composites and method of making same
US6187713B1 (en) * 1996-10-31 2001-02-13 Corning Incorporated Method of making activated carbon bodies having improved adsorption properties
AU6939498A (en) * 1997-03-19 1998-10-12 James A. Patterson Electrolytic cell and method for deactivating a radioactive material
EP0894530B1 (en) * 1997-07-28 2003-09-10 Corning Incorporated Mercury removal catalyst and method of making and using same
WO1999017874A1 (en) * 1997-10-08 1999-04-15 Corning Incorporated Method of making activated carbon-supported catalysts
US6156697A (en) * 1997-11-04 2000-12-05 Corning Incorporated Method of producing high surface area carbon structures
EP1044045A1 (en) * 1997-11-14 2000-10-18 Corning Incorporated Purification composite and device and method of making and using same
US6248691B1 (en) * 1998-02-10 2001-06-19 Corning Incorporated Method of making mesoporous carbon
US6753108B1 (en) * 1998-02-24 2004-06-22 Superior Micropowders, Llc Energy devices and methods for the fabrication of energy devices
US6342129B1 (en) * 1998-05-14 2002-01-29 Calgon Carbon Corporation Process for production of carbonaceous chars having catalytic activity
US6534442B1 (en) * 1998-05-14 2003-03-18 Caigon Carbon Corporation Process for production of carbonaceous chars having catalytic activity
EP1109738A4 (en) * 1998-07-20 2010-08-11 Corning Inc PROCESS FOR MAKING MESOPOROUS CARBON USING POROGENIC COMPOUNDS
KR100650110B1 (ko) * 1999-07-09 2006-11-24 토다 고교 가부시끼가이샤 다이옥신 함유 배출 가스의 처리방법 및 다이옥신 발생을억제하기 위한 복합 촉매 조성물
US7214646B1 (en) * 1999-08-10 2007-05-08 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Method for producing activated carbon for electrode of electric double-layer capacitor
US6452043B1 (en) * 2000-04-05 2002-09-17 Eastman Chemical Company Carbonylation of lower alkyl alcohols and their derivatives using metals supported on carbonized polysulfonated divinylbenzene-styrene copolymers
US6235673B1 (en) * 2000-04-05 2001-05-22 Eastman Chemical Company Carbonylation catalyst supported on a carbonized polysulfonated divinylbenzene-styrene copolymer
DE60113195T2 (de) * 2000-06-27 2006-07-06 Asahi Glass Co., Ltd. Aktivkohlematerial, Verfahren zu dessen Herstellung und elektrischer Doppelschichtkondensator, welcher dieses verwendet
CA2415426C (en) * 2000-07-12 2010-03-30 Akzo Nobel Nv Mixed metal catalyst comprising a combustible binder
US6455023B1 (en) 2000-10-11 2002-09-24 Corning Incorporated Metallic catalysts for non-neutral liquid media
CA2431314C (en) 2000-12-11 2010-04-20 United States Filter Corporation Activated carbon for odor control and method for making same
JP4342123B2 (ja) * 2001-06-06 2009-10-14 アドバンスト・キャパシタ・テクノロジーズ株式会社 残存活性酸化水素の除去方法
US6670300B2 (en) * 2001-06-18 2003-12-30 Battelle Memorial Institute Textured catalysts, methods of making textured catalysts, and methods of catalyzing reactions conducted in hydrothermal conditions
ES2190752B1 (es) * 2001-12-19 2005-10-16 Consejo Superior De Investigaciones Cientificas Catalizador para la mejora de aceites sinteticos generados a partir de material polimero de desecho.
JP4196597B2 (ja) * 2002-06-19 2008-12-17 新神戸電機株式会社 鉛蓄電池およびそれに用いるカーボン材料
US7101417B2 (en) * 2002-12-05 2006-09-05 Usfilter Corporation Activated carbon for odor control and method for making same
CN1206585C (zh) * 2003-01-06 2005-06-15 致伸科技股份有限公司 两用型光学式鼠标
US20060247121A1 (en) * 2003-02-17 2006-11-02 Jong-Seob Shim Manufacturing method of activated carbon structure having a frame
JP3740578B2 (ja) * 2003-06-11 2006-02-01 松下電器産業株式会社 酸素還元用電極の製造方法ならびに酸素還元用電極及びそれを用いた電気化学素子
US7425521B2 (en) * 2003-06-20 2008-09-16 Honeywell International Inc. Structured adsorbent media for purifying contaminated air
JP3969658B2 (ja) * 2003-06-27 2007-09-05 純一 尾崎 燃料電池用電極触媒、それを用いた燃料電池および電極
CN100417590C (zh) * 2003-07-18 2008-09-10 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种树脂基球状活性炭的制备方法
US7582274B2 (en) * 2004-05-21 2009-09-01 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence Of Her Majesty's Canadian Government Carbon nanostructure catalyst support
KR100601094B1 (ko) 2004-09-01 2006-07-19 재단법인 포항산업과학연구원 허니컴 형태의 다공성 탄소재료의 제조 방법
US7662741B2 (en) * 2005-03-31 2010-02-16 Council Of Scientific And Industrial Research Process for preparing silver deposited carbon covered alumina catalyst
US20060229476A1 (en) * 2005-04-08 2006-10-12 Mitchell Robert L Sr Activated carbon monolith catalyst, methods for making same, and uses thereof
US20070000385A1 (en) * 2005-07-01 2007-01-04 Stouffer Mark R Adsorbents for removing H2S, other odor causing compounds, and acid gases from gas streams and methods for producing and using these adsorbents
US8313723B2 (en) * 2005-08-25 2012-11-20 Nanocarbons Llc Activated carbon fibers, methods of their preparation, and devices comprising activated carbon fibers
US20070178310A1 (en) * 2006-01-31 2007-08-02 Rudyard Istvan Non-woven fibrous materials and electrodes therefrom
RU2008132758A (ru) * 2006-02-15 2010-03-20 Рудьярд Лайле ИСТВАН (US) Мезопористый активированный углерод
KR101320388B1 (ko) * 2006-02-18 2013-10-22 삼성에스디아이 주식회사 탄화수소 개질 촉매, 그 제조방법 및 이를 포함하는연료처리장치
US9394179B2 (en) 2006-03-31 2016-07-19 Philip Morris Usa Inc. Method of making modified activated carbon
CA2617925A1 (en) * 2006-04-24 2007-11-08 Meadwestvaco Corporation Impregnated monoliths
US7781361B2 (en) * 2006-05-11 2010-08-24 Corning Incorporated Method for regeneration of activated carbon catalyst beds
US20070265161A1 (en) * 2006-05-11 2007-11-15 Gadkaree Kishor P Activated carbon honeycomb catalyst beds and methods for the manufacture of same
US7722705B2 (en) * 2006-05-11 2010-05-25 Corning Incorporated Activated carbon honeycomb catalyst beds and methods for the use thereof
WO2008085571A2 (en) * 2006-10-11 2008-07-17 Applied Technology Limited Partnership Carbon black monolith, carbon black monolith catalyst, methods for making same, and uses thereof
RU2472702C2 (ru) 2007-02-14 2013-01-20 Университи оф Кентукки Ресеарч Фоундатион Инк. Способы формирования активированного углерода
US20080207443A1 (en) * 2007-02-28 2008-08-28 Kishor Purushottam Gadkaree Sorbent comprising activated carbon, process for making same and use thereof
US8741243B2 (en) 2007-05-14 2014-06-03 Corning Incorporated Sorbent bodies comprising activated carbon, processes for making them, and their use
US7998898B2 (en) * 2007-10-26 2011-08-16 Corning Incorporated Sorbent comprising activated carbon, process for making same and use thereof
US20090011925A1 (en) * 2007-07-06 2009-01-08 Larry Gordon Felix Method for producing catalytically active glass-ceramic materials, and glass-ceramics produced thereby
US20090057228A1 (en) * 2007-08-29 2009-03-05 Siemens Water Technologies Corp. System and method of filtering using stratified activated carbon
KR101483508B1 (ko) 2007-12-21 2015-01-19 재단법인 포항산업과학연구원 허니컴 형태의 다공성 탄소재료의 제조 방법
JP5093756B2 (ja) * 2008-02-05 2012-12-12 株式会社豊田中央研究所 オゾン分解除去用触媒、それを用いたオゾン分解除去方法及び吸着材
US20090297885A1 (en) * 2008-05-30 2009-12-03 Kishor Purushottam Gadkaree Composite Comprising An Inorganic Substrate With A Coating Comprising Activated Carbon And Metal Sulfide
US8124213B2 (en) * 2008-05-30 2012-02-28 Corning Incorporated Flow-through sorbent comprising a metal sulfide
US8496734B2 (en) 2009-02-26 2013-07-30 Corning Incorporated Sorbent structure applicable for carbon dioxide capture
US8496739B2 (en) * 2010-08-30 2013-07-30 Corning Incorporated Organic antioxidant based filtration apparatus and method
CN102070238B (zh) * 2011-02-25 2012-05-09 中国海洋石油总公司 一种臭氧催化氧化处理炼化废水反渗透浓水的工艺方法
US20120220450A1 (en) * 2011-02-28 2012-08-30 William Peter Addiego Method of coating catalyst on a substrate
EP2754490A4 (en) * 2011-09-06 2014-12-10 Sumitomo Bakelite Co ART RESIN-BASED CATALYST AND METHOD FOR PRODUCING THE ARTIFICIAL RESIN-BASED CATALYST
JP5889613B2 (ja) * 2011-11-25 2016-03-22 国立大学法人群馬大学 金属担持用担体、金属担持触媒、メタネーション反応装置及びこれらに関する方法
DE112014000964T5 (de) * 2013-02-22 2015-11-05 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Poröses Teil und Katalysatorteil
FR3010919A1 (fr) * 2013-09-24 2015-03-27 Univ Rabelais Francois Procede de depot d'un materiau inorganique sur un substrat notamment texture a l'echelle du micron ou submicronique
US11090602B2 (en) 2015-03-13 2021-08-17 Donaldson Company, Inc. Activated carbon and catalyst filter
KR102196709B1 (ko) * 2018-11-02 2020-12-30 한국화학연구원 과산화수소 분해용 활성탄소 촉매, 이의 제조방법 및 이를 사용한 과산화수소 분해방법
CN109535358B (zh) * 2018-11-26 2021-07-23 上海绿强新材料有限公司 一种脱除酚醛树脂中游离甲醛的方法
KR102498089B1 (ko) * 2022-11-08 2023-02-10 에널텍티엠에스(주) Toc 수질측정기에 사용되는 백금 코팅 허니컴 촉매 제조방법

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4116745B1 (ru) * 1963-07-17 1966-09-22
GB1339890A (en) * 1969-12-12 1973-12-05 Johnson Matthey Co Ltd Catalysts
US3885977A (en) * 1973-11-05 1975-05-27 Corning Glass Works Anisotropic cordierite monolith
US3886093A (en) * 1973-12-14 1975-05-27 Westvaco Corp Activated carbon with active metal sites and process for producing same
US4127691A (en) * 1977-06-20 1978-11-28 Corning Glass Works Thermal shock resistant honeycomb structures
US4482641A (en) * 1983-02-28 1984-11-13 Standard Oil Company (Indiana) Metal-containing active carbon and method for making same
US4518488A (en) * 1983-02-28 1985-05-21 Standard Oil Company (Indiana) Metal-containing active carbon and methods for making and using same
GB8422875D0 (en) * 1984-09-11 1984-10-17 Secr Defence Fibrous activated carbon
US4892857A (en) * 1987-05-20 1990-01-09 Corning Incorporated Electrically conductive ceramic substrate
US4758272A (en) * 1987-05-27 1988-07-19 Corning Glass Works Porous metal bodies
JP2615140B2 (ja) * 1988-06-24 1997-05-28 ソマール株式会社 超微粒子状金属を含有する多孔性炭素物の製造方法
US4992233A (en) * 1988-07-15 1991-02-12 Corning Incorporated Sintering metal powders into structures without sintering aids
US5037791A (en) * 1988-07-28 1991-08-06 Hri, Inc. Porous metal oxide supported carbon-coated catalysts and method for producing same
DE4104513C2 (de) * 1990-02-14 1996-11-28 Chmiel Horst Adsorber
US5427601A (en) * 1990-11-29 1995-06-27 Ngk Insulators, Ltd. Sintered metal bodies and manufacturing method therefor
DE4225272B4 (de) * 1992-07-31 2006-01-19 Mhb Filtration Gmbh & Co. Kg Adsorptionsfilter
US5451444A (en) * 1993-01-29 1995-09-19 Deliso; Evelyn M. Carbon-coated inorganic substrates

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2520874C2 (ru) * 2009-02-27 2014-06-27 Басф Корпорейшн Способ изготовления металл-углерод содержащих тел
US10279328B2 (en) 2009-02-27 2019-05-07 Basf Corporation Process for the preparation of metal-carbon containing bodies
RU2677479C2 (ru) * 2014-03-07 2019-01-17 Чайна Петролеум Энд Кемикал Корпорейшн Композитный катализатор и способ его получения
US10661254B2 (en) 2014-03-07 2020-05-26 China Petroleum & Chemical Corporation Composite catalyst and preparation method therefor
RU2677480C1 (ru) * 2018-04-27 2019-01-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) Способ получения катализатора для окисления фосфина
RU2796402C1 (ru) * 2020-08-26 2023-05-23 Хиндустан Петролиум Корпорейшн Лимитед Каталитическая композиция для производства водорода

Also Published As

Publication number Publication date
TW429164B (en) 2001-04-11
AU688530B2 (en) 1998-03-12
AU2835195A (en) 1996-02-22
JP3818682B2 (ja) 2006-09-06
DE69534559D1 (de) 2005-12-08
EP0696473A1 (en) 1996-02-14
BR9503615A (pt) 1996-04-16
EP0696473B1 (en) 2005-11-02
US5488023A (en) 1996-01-30
KR960007000A (ko) 1996-03-22
ATE308381T1 (de) 2005-11-15
JPH08224485A (ja) 1996-09-03
KR100367251B1 (ko) 2003-05-09
DE69534559T2 (de) 2006-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2170140C2 (ru) Способ получения катализатора, нанесенного на активированный уголь, и катализатор, полученный этим способом
US6097011A (en) Electrically heatable activated carbon bodies for adsorption and desorption applications
DE69629979T2 (de) Vorrichtung zur Entfernung von Kontaminationen aus Fluidströmen
US3518206A (en) Supported catalysts composed of substrate coated with colloidal silica and catalyst
US5242882A (en) Catalyst for the production of nitric acid by oxidation of ammonia
US3554929A (en) High surface area alumina coatings on catalyst supports
JPS5933023B2 (ja) 触媒組成物の製造法
KR20000016603A (ko) 산과 접촉하여 강화된 흡착제 및/또는 촉매 및 바인더 시스템
JPH0753240B2 (ja) 特に排気ガスの後燃焼用の触媒系及び該触媒系の製造方法
US5217939A (en) Catalyst for the prduction of nitric acid by oxidation of ammonia
WO2006130574A1 (en) Improved preferential oxidation catalyst containing platinum, copper and iron to remove carbon monoxide from a hydrogen-rich gas
KR20220068221A (ko) 금속 발포체 지지 촉매 및 이의 제조 방법
JP4296908B2 (ja) 触媒体およびその製造方法
RU2324537C2 (ru) Способ получения каталитически активных слоистых силикатов
US5256387A (en) Catalyst for the production of nitric acid by oxidation of ammonia
JP5515635B2 (ja) 貴金属担持炭化ケイ素粒子とその製造方法及びそれを含有する触媒並びにその製造方法
JPH07509182A (ja) 触媒担体およびその製造法
KR102580976B1 (ko) 폴리머 필름 제조로 내 정화용 촉매 및 폴리머 필름 제조로 내 정화 방법
US3873471A (en) Catalysts and their production
JP5322364B2 (ja) セラミックフィルタエレメント及びその製造方法
JP2010201362A (ja) 触媒担体とその製造方法及び触媒
EP0493803B1 (en) Catalyst for oxidizing carbon-containing compounds and method for the production of the same
RU2183987C1 (ru) Катализатор для оксихлорирования этилена в 1,2-дихлорэтан и способ его получения
JP2019514688A (ja) 三酸化硫黄の転化のための触媒組成物及び水素生成方法
RU2132231C1 (ru) Способ приготовления носителя катализатора

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070809