RU2374348C2

RU2374348C2 - Alloy on cobalt basis

Info

Publication number: RU2374348C2
Application number: RU2007142103/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Кононенко (RU); Владимир Иванович Кононенко; Ирина Анатольевна Чупова (RU); Ирина Анатольевна Чупова; Владимир Викторович Торокин (RU); Владимир Викторович Торокин; Владимир Григорьевич Шевченко (RU); Владимир Григорьевич Шевченко
Original assignee: Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской Академии наук
Priority date: 2007-11-13
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2009-11-27
Also published as: RU2007142103A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to alloys on cobalt basis containing rare-earth element which can be used in the capacity of catalyst for cleaning of gaseous emissions from dangerous pollutants of carbon. It is proposed alloy on cobalt basis. Alloy displaying catalytic properties at oxidation of carbon monoxide contains rare-earth element. In the capacity of rare-earth element alloy contains yttrium or gadolinium at a following components ratio, wt %: yttrium or gadolinium-16÷38, cobalt - the rest. Alloy allows high activity at more high temperature.

EFFECT: receiving of ability of temperature interval expanding of catalysts usage used for reduction of ecological pollution rate of environment.

4 ex

Description

Изобретение относится к сплавам на основе кобальта, содержащем редкоземельный элемент, который может быть использован в качестве катализатора для очистки газообразных выбросов от токсичной примеси углерода, и может найти применение при решении экологических проблем, связанных с дожиганием отходящих газов в химической, энергетической, машиностроительной промышленности, а также очистке выхлопных газов автотранспорта.The invention relates to cobalt-based alloys containing a rare-earth element, which can be used as a catalyst for purification of gaseous emissions from toxic carbon impurities, and can find application in solving environmental problems associated with after-burning of exhaust gases in the chemical, energy, and engineering industries, as well as cleaning the exhaust gases of vehicles.

Известен интерметаллид состава SmCo₅ в качестве катализатора окисления оксида углерода для очистки отходящих газов промышленных предприятий и выхлопных газов автотранспорта (патент РФ № 2171712, МКИ B01J 23/10, 2001 г.).Known intermetallic composition SmCo ₅ as a catalyst for the oxidation of carbon monoxide for the purification of exhaust gases of industrial enterprises and exhaust gases of vehicles (RF patent No. 2171712, MKI B01J 23/10, 2001).

Недостатком известного решения является его работоспособность только в условиях достаточно низких температур, не превышающих 175°С.A disadvantage of the known solution is its performance only in conditions of sufficiently low temperatures, not exceeding 175 ° C.

Известен сплав на основе кобальта, содержащий скандий, при следующем соотношении компонентов, мас.%: кобальт - 1÷50; скандий - 0,05÷5 (патент РФ №2201801, B01J 37/02,2003 г.).Known alloy based on cobalt containing scandium, in the following ratio of components, wt.%: Cobalt - 1 ÷ 50; scandium - 0.05 ÷ 5 (RF patent No. 2201801, B01J 37 / 02,2003).

Известный сплав используется в качестве катализатора в реакции по Фишеру-Тропшу, то есть для получения углеводородов различного состава, в этом случае как таковая конверсия оксида углерода является сопутствующей реакцией, в связи с чем конверсия составляет всего лишь 80% при температуре 240°С.The known alloy is used as a catalyst in the Fischer-Tropsch reaction, that is, to produce hydrocarbons of various compositions, in this case, the conversion of carbon monoxide is a concomitant reaction, and therefore the conversion is only 80% at a temperature of 240 ° C.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать сплав на основе кобальта, который обеспечивал расширение температурного интервала активности при его использовании в качестве катализатора окисления оксида углерода с сохранением высокой конверсии по оксиду углерода.Thus, the authors were faced with the task of developing an alloy based on cobalt, which provided an extension of the temperature range of activity when it was used as a catalyst for the oxidation of carbon monoxide while maintaining a high conversion of carbon monoxide.

Поставленная задача решена путем применения в качестве катализатора окисления оксида углерода сплава на основе кобальта, содержащего редкоземельный элемент, который в качестве редкоземельного элемента содержит иттрий или гадолиний при следующем соотношении компонентов, мас.%: иттрий или гадолиний - 16÷38; кобальт - остальное.The problem is solved by using a cobalt-based alloy as a catalyst for the oxidation of carbon monoxide, containing a rare-earth element, which contains yttrium or gadolinium as a rare-earth element in the following ratio, wt.%: Yttrium or gadolinium - 16 ÷ 38; cobalt is the rest.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен сплав на основе кобальта предлагаемого состава, используемый в качестве катализатора окисления оксида углерода.Currently, from the patent and scientific literature is not known alloy based on cobalt of the proposed composition, used as a catalyst for the oxidation of carbon monoxide.

Экспериментальные исследования, проведенные авторами, по изучению каталитической активности в реакции окисления оксида углерода различных составов биметаллических сплавов Gd-CO или Y-Co позволили установить количественное соотношение компонентов сплава, которое обеспечивает достижение технического результата - высокую конверсию по оксиду углерода при температурах 230-240°С. Так, при содержании редкоземельного элемента менее 16 мас.% или более 38 мас.% наблюдается значительное снижение конверсии оксида углерода.The experimental studies conducted by the authors to study the catalytic activity in the oxidation reaction of carbon monoxide of various compositions of bimetallic alloys Gd-CO or Y-Co made it possible to establish a quantitative ratio of the components of the alloy, which ensures the achievement of a technical result — high conversion of carbon monoxide at temperatures of 230-240 ° FROM. Thus, when the content of the rare earth element is less than 16 wt.% Or more than 38 wt.%, A significant decrease in the conversion of carbon monoxide is observed.

Сплав предлагаемого состава может быть получен следующим образом. Исходную шихту готовят путем помещения металлического кобальта и редкоземельного элемента (иттрия или гадолиния) в соотношении, обеспечивающем получение сплава заявляемого состава, в емкость, например, в алундовый тигель. Готовую шихту в алундовом тигле помещают в высокотемпературную вакуумную печь и производят нагрев до температуры, превышающей на 100°С температуру плавления сплава, при вакууме порядка 10^-6 мм рт.ст.. Затем выдерживают при этой температуре в течение часа, после чего осуществляют постепенное охлаждение сплава до комнатной температуры. Состав полученного сплава подтверждают химическим и рентгено-фазовым анализом.The alloy of the proposed composition can be obtained as follows. The initial charge is prepared by placing cobalt metal and a rare-earth element (yttrium or gadolinium) in a ratio that provides an alloy of the claimed composition in a container, for example, in an alundum crucible. The finished mixture in an alundum crucible is placed in a high-temperature vacuum furnace and heated to a temperature that is 100 ° C higher than the melting point of the alloy under a vacuum of about 10 ^-6 mm Hg. Then it is kept at this temperature for one hour, after which it is gradually cooling the alloy to room temperature. The composition of the obtained alloy is confirmed by chemical and x-ray phase analysis.

Получение сплава заявляемого состава иллюстрируется следующими примерами.Obtaining an alloy of the claimed composition is illustrated by the following examples.

Пример 1. Берут 84 г металлического кобальта марки К-1, чистотой 99,25% (84 мас.%) и 16 г металлического иттрия марки ИтМ-1 (16 мас.%) и помещают в алундовый тигель. Тигель помещают в высокотемпературную вакуумную печь СШВЛ и нагревают до температуры 1430°С при вакууме 10^-6 мм рт.ст. При этой температуре выдерживают в течение 1 часа, затем постепенно охлаждают до комнатной температуры. По данным химического и рентгено-фазового анализа получают сплав состава, мас.%: иттрий - 16; кобальт - 84.Example 1. Take 84 g of metal cobalt grade K-1, a purity of 99.25% (84 wt.%) And 16 g of metallic yttrium grade ItM-1 (16 wt.%) And placed in an alundum crucible. The crucible is placed in a high-temperature vacuum furnace SHVL and heated to a temperature of 1430 ° C under vacuum of 10 ^-6 mm RT.article At this temperature, incubated for 1 hour, then gradually cooled to room temperature. According to chemical and x-ray phase analysis, an alloy of the composition is obtained, wt.%: Yttrium - 16; cobalt - 84.

Пример 2. Берут 62 г металлического кобальта марки К-1, чистотой 99,25% (62 мас.%) и 38 г металлического гадолиния марки ГдМ-1 (38 мас.%) и помещают в алундовый тигель. Тигель помещают в высокотемпературную вакуумную печь СШВЛ и нагревают до температуры 1100°С при вакууме 10^-6 мм рт.ст. При этой температуре выдерживают в течение 1 часа, затем постепенно охлаждают до комнатной температуры. По данным химического и рентгено-фазового анализа получают сплав состава, мас.%: гадолиний - 38; кобальт - 62.Example 2. Take 62 g of metal cobalt brand K-1, a purity of 99.25% (62 wt.%) And 38 g of metal gadolinium brand GdM-1 (38 wt.%) And placed in an alundum crucible. The crucible is placed in a high-temperature vacuum furnace SHVL and heated to a temperature of 1100 ° C under vacuum of 10 ^-6 mm RT.article At this temperature, incubated for 1 hour, then gradually cooled to room temperature. According to chemical and x-ray phase analysis, an alloy of the composition is obtained, wt.%: Gadolinium - 38; cobalt - 62.

Применение предлагаемого технического решения в качестве катализатора окисления оксида углерода иллюстрируется следующими примерами.The application of the proposed technical solution as a catalyst for the oxidation of carbon monoxide is illustrated by the following examples.

Пример 3. Реакцию каталитического окисления оксида углерода проводят на установке с реактором проточного типа. Состав конвертируемого газа: 9,1% СО; 14% О₂; 76,9% N₂. В реактор предварительно загружают 5 см³ порошка сплава состава, мас.%: Gd - 38; Со - 62. Порошок сплава с удельной поверхностью 0,20 м²/г получают путем механического измельчения. Конвертируемый газ пропускают через реактор с объемной скоростью подачи 400 ч^-1 при температуре 240°С. Конверсия СО равна 100%.Example 3. The reaction of catalytic oxidation of carbon monoxide is carried out in a plant with a flow type reactor. Convertible gas composition: 9.1% СО; 14% O ₂ ; 76.9% N ₂ . 5 cm ³ alloy powder of the composition are pre-loaded into the reactor, wt.%: Gd - 38; Co - 62. Alloy powder with a specific surface area of 0.20 m ² / g is obtained by mechanical grinding. Convertible gas is passed through the reactor with a volumetric feed rate of 400 h ^-1 at a temperature of 240 ° C. The conversion of CO is 100%.

Пример 4. Реакцию каталитического окисления оксида углерода проводят на установке с реактором проточного типа. Состав конвертируемого газа: 9,1% СО; 14% О₂; 76,9% N₂. В реактор предварительно загружают 5 см³ порошка сплава состава, мас.%: Y - 16; Со - 84. Порошок сплава с удельной поверхностью 0,19 м²/г получают путем механического измельчения. Конвертируемый газ пропускают через реактор с объемной скоростью подачи 400 ч^-1 при температуре 230°С. Конверсия СО равна 100%.Example 4. The reaction of catalytic oxidation of carbon monoxide is carried out in a plant with a flow type reactor. Convertible gas composition: 9.1% СО; 14% O ₂ ; 76.9% N ₂ . 5 cm ^{3 of the} alloy powder of the composition are pre-loaded into the reactor, wt.%: Y - 16; Co - 84. Alloy powder with a specific surface area of 0.19 m ² / g is obtained by mechanical grinding. Convertible gas is passed through the reactor with a volumetric feed rate of 400 h ^-1 at a temperature of 230 ° C. The conversion of CO is 100%.

Таким образом, авторами предлагается сплав на основе кобальта, который может быть использован как катализатор окисления оксида углерода, обладающий высокой активностью при более высоких температурах, чем известный катализатор, что позволит расширить температурный интервал использования катализаторов, используемых для снижения степени экологического загрязнения окружающей среды.Thus, the authors propose an alloy based on cobalt, which can be used as a catalyst for the oxidation of carbon monoxide, which has high activity at higher temperatures than the known catalyst, which will expand the temperature range for the use of catalysts used to reduce the degree of environmental pollution.

Claims

A cobalt-based alloy exhibiting catalytic properties in the oxidation of carbon monoxide, containing a rare earth element, characterized in that it contains yttrium or gadolinium as a rare earth element in the following ratio of components, wt.%:
yttrium or gadolinium 16 ÷ 38 cobalt rest