RU2807185C1 - Catalyst-containing material - Google Patents

Catalyst-containing material Download PDF

Info

Publication number
RU2807185C1
RU2807185C1 RU2022114252A RU2022114252A RU2807185C1 RU 2807185 C1 RU2807185 C1 RU 2807185C1 RU 2022114252 A RU2022114252 A RU 2022114252A RU 2022114252 A RU2022114252 A RU 2022114252A RU 2807185 C1 RU2807185 C1 RU 2807185C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
particles
catalyst
matrix
refractory matrix
refractory
Prior art date
Application number
RU2022114252A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Эдвард ВУХЕРЕР
Бенджамин Эндрю ГЛАССИ
Original Assignee
Аэроджет Рокетдайн, Инк.
Filing date
Publication date
Application filed by Аэроджет Рокетдайн, Инк. filed Critical Аэроджет Рокетдайн, Инк.
Application granted granted Critical
Publication of RU2807185C1 publication Critical patent/RU2807185C1/en

Links

Abstract

FIELD: catalysts.
SUBSTANCE: present invention relates to catalyst structures and compositions that are used in various devices, for example, in low-thrust engines. A catalyst-containing material for a low-thrust engine is described, containing: a refractory matrix; and particles of one or more catalytic metal elements or catalytic oxides, the particles being dispersed throughout and embedded in the refractory matrix, said particles being one or more catalytic metal elements and selected from Ir, Pt, Pd, Rh, Os, Ru, Re and combinations thereof or said particles are catalytic oxides and are selected from V2O5, MnO2 and combinations thereof, wherein the refractory matrix is an oxide selected from CeO2, HfO2, ZrO2, Y2O3, Ln2O3 and combinations thereof, wherein Ln is a lanthanide element, and the said refractory matrix embedded particles are particles that are securely implanted into the refractory matrix by being completely or substantially completely surrounded by the refractory matrix and are in close contact with the matrix such that the particles are trapped within the refractory matrix. Also described is a low-thrust engine comprising a combustion chamber, an injector for supplying fuel to the combustion chamber, and said catalyst-containing material placed in the combustion chamber to catalyze a fuel reaction.
EFFECT: increase in the service life of the catalyst in terms of maintaining catalytic activity.
13 cl, 4 dwg, 4 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

[0001] Настоящее изобретение относится к структурам и композициям катализаторов, которые используются в различных устройствах, например, в двигателях малой тяги.[0001] The present invention relates to catalyst structures and compositions that are used in various devices, such as low-thrust engines.

Уровень техникиState of the art

[0002] Катализаторы широко известны и используются в разнообразных структурах и композициях для облегчения множества различных химических реакций. Например, металлы платиновой группы часто используются в качестве катализаторов в структурах катализаторов на носителе. Примерами структур являются порошковые катализаторы, которые прикреплены к внешней поверхности частиц носителя, и катализаторы, которые внедрены в пористые носители с большой площадью поверхности.[0002] Catalysts are widely known and are used in a variety of structures and compositions to facilitate many different chemical reactions. For example, platinum group metals are often used as catalysts in supported catalyst structures. Examples of structures are powder catalysts that are attached to the outer surface of support particles and catalysts that are embedded in high surface area porous supports.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

[0003] Катализаторосодержащий материал в соответствии с одним из примеров настоящего раскрытия содержит огнеупорную матрицу и частицы одного или нескольких каталитических металлических элементов или каталитических оксидов. Частицы диспергированы по огнеупорной матрице и внедрены в нее.[0003] A catalyst-containing material according to one example of the present disclosure comprises a refractory matrix and particles of one or more catalyst metal elements or catalyst oxides. The particles are dispersed throughout the refractory matrix and embedded in it.

[0004] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения частицы представляют собой один или несколько каталитических металлических элементов и выбраны из Ir, Pt, Pd, Rh, Os, Ru, Re и их комбинаций.[0004] In another embodiment of any of the above embodiments, the particles are one or more catalytic metal elements and are selected from Ir, Pt, Pd, Rh, Os, Ru, Re, and combinations thereof.

[0005] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения один или несколько каталитических металлических элементов представляют собой Ir.[0005] In another embodiment of any of the above embodiments, one or more of the catalytic metal elements is Ir.

[0006] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения частицы представляют собой каталитические оксиды и выбраны из V2O5, MnO2 и их комбинаций.[0006] In another embodiment of any of the above embodiments, the particles are catalytic oxides and are selected from V 2 O 5 , MnO 2 and combinations thereof.

[0007] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения огнеупорная матрица представляет собой оксид, выбранный из CeO2, HfO2, ZrO2, Y2O3, Ln2O3 и их комбинаций, где Ln представляет собой лантаноидный элемент.[0007] In another embodiment of any of the above embodiments, the refractory matrix is an oxide selected from CeO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , Ln 2 O 3 and combinations thereof, where Ln is a lanthanide element.

[0008] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения огнеупорная матрица представляет собой оксид, выбранный из CeO2, HfO2 и их комбинаций.[0008] In another embodiment of any of the above embodiments, the refractory matrix is an oxide selected from CeO 2 , HfO 2 and combinations thereof.

[0009] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения огнеупорная матрица выбрана из огнеупорных металлов и керамических огнеупоров.[0009] In another embodiment of any of the above embodiments of the invention, the refractory matrix is selected from refractory metals and ceramic refractories.

[0010] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения предусмотрено по весу 5-50% частиц одного или нескольких каталитических металлических элементов и 95-50% керамической оксидной матрицы.[0010] In another embodiment of any of the above embodiments, there is provided, by weight, 5-50% of the particles of one or more catalytic metal elements and 95-50% of the ceramic oxide matrix.

[0011] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения предусмотрено по весу 30-40% металлических частиц одного или нескольких каталитических металлических элементов или каталитических оксидов и 70-60% огнеупорной матрицы.[0011] In another embodiment of any of the above embodiments, there is provided, by weight, 30-40% metal particles of one or more catalytic metal elements or catalytic oxides and 70-60% refractory matrix.

[0012] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения огнеупорная матрица представляет собой бинарную композицию из двух различных оксидов, выбранных из CeO2, HfO2, ZrO2, Y2O3 и Ln2O3, где Ln представляет собой лантаноидный элемент.[0012] In another embodiment of any of the above embodiments, the refractory matrix is a binary composition of two different oxides selected from CeO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , Y 2 O 3 and Ln 2 O 3 , where Ln is a lanthanide element .

[0013] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения огнеупорная матрица представляет собой бинарную композицию из CeO2 и HfO2.[0013] In another embodiment of any of the above embodiments, the refractory matrix is a binary composition of CeO 2 and HfO 2 .

[0014] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения частицы представляют собой один или несколько каталитических металлических элементов и выбраны из Ir, Pt, Pd, Rh, Os, Ru, Re и их комбинаций, огнеупорная матрица представляет собой оксид, выбранный из CeO2, HfO2, ZrO2, Y2O3, La2O3 и их комбинаций, при этом по весу предусмотрено 5-50% частиц одного или нескольких каталитических металлических элементов или каталитических оксидов и 95-50% огнеупорной матрицы.[0014] In another embodiment of any of the above embodiments, the particles are one or more catalytic metal elements and are selected from Ir, Pt, Pd, Rh, Os, Ru, Re and combinations thereof, the refractory matrix is an oxide selected from CeO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 and combinations thereof, wherein by weight there are 5-50% particles of one or more catalytic metal elements or catalytic oxides and 95-50% refractory matrix.

[0015] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения частицы представляют собой один или несколько каталитических металлических элементов и представляют собой Ir, огнеупорная матрица представляет собой оксид, выбранный из CeO2, HfO2 и их комбинаций, при этом по весу предусмотрено 30-40% частиц одного или нескольких каталитических металлических элементов или каталитических оксидов и 70-60% огнеупорной матрицы.[0015] In another embodiment of any of the above embodiments, the particles are one or more catalytic metal elements and are Ir, the refractory matrix is an oxide selected from CeO 2 , HfO 2 and combinations thereof, wherein 30- 40% particles of one or more catalytic metal elements or catalytic oxides and 70-60% refractory matrix.

[0016] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения материал состоит из: частиц, которые представляют собой один или несколько каталитических металлических элементов и представляют собой Ir, огнеупорной матрицы, которая представляет собой оксид, выбранный из группы, состоящей из CeO2, HfO2 и их комбинаций, и содержит по весу 30-40% частиц одного или нескольких каталитических металлических элементов и 70-60% огнеупорной матрицы.[0016] In another embodiment of any of the above embodiments of the invention, the material consists of: particles that are one or more catalytic metal elements and are Ir, a refractory matrix that is an oxide selected from the group consisting of CeO 2 , HfO 2 and combinations thereof, and contains by weight 30-40% particles of one or more catalytic metal elements and 70-60% refractory matrix.

[0017] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения двигатель малой тяги содержит камеру сгорания, форсунку для подачи топлива в камеру сгорания и катализаторосодержащий материал, как в любом из вышеуказанных вариантов осуществления, размещенный в камере сгорания для катализации реакции топлива.[0017] In another embodiment of any of the above embodiments, a low-thrust engine includes a combustion chamber, an injector for supplying fuel to the combustion chamber, and a catalyst-containing material, as in any of the above embodiments, placed in the combustion chamber to catalyze a reaction of the fuel.

[0018] Способ изготовления катализаторосодержащего материала в соответствии с одним из примеров настоящего раскрытия включает в себя обеспечение смеси частиц матрицы и частиц одного или нескольких каталитических металлических элементов или каталитических оксидов, комбинацию смеси по меньшей мере со связующим веществом для получения одного или нескольких полуфабрикатов и термическую обработку одного или нескольких полуфабрикатов. Термическая обработка вызывает спекание частиц матрицы для получения огнеупорной матрицы с частицами одного или нескольких каталитических металлических элементов или каталитических оксидов, диспергированных по огнеупорной матрице и внедренных в нее.[0018] A method of making a catalyst-containing material in accordance with one example of the present disclosure includes providing a mixture of matrix particles and particles of one or more catalytic metal elements or catalytic oxides, combining the mixture with at least a binder to obtain one or more semi-finished products, and thermal processing of one or more semi-finished products. The heat treatment causes the matrix particles to sinter to form a refractory matrix with particles of one or more catalytic metal elements or catalytic oxides dispersed throughout and embedded in the refractory matrix.

[0019] Другой вариант любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения включает в себя гранулирование одного или нескольких полуфабрикатов.[0019] Another variation of any of the above embodiments of the invention includes granulating one or more semi-finished products.

[0020] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения частицы представляют собой один или несколько каталитических металлических элементов и выбраны из Ir, Pt, Pd, Rh, Os, Ru, Re и их комбинаций.[0020] In another embodiment of any of the above embodiments, the particles are one or more catalytic metal elements and are selected from Ir, Pt, Pd, Rh, Os, Ru, Re, and combinations thereof.

[0021] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения используются частицы керамического оксида, выбранные из CeO2, HfO2, ZrO2, Y2O3, Ln2O3 и их комбинаций, где Ln представляет собой лантаноидный элемент.[0021] In another embodiment of any of the above embodiments of the invention, ceramic oxide particles selected from CeO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , Ln 2 O 3 and combinations thereof are used, where Ln is a lanthanide element.

[0022] Двигатель малой тяги в соответствии с одним из примеров настоящего раскрытия содержит камеру сгорания, форсунку для подачи топлива в камеру сгорания, выход для выпуска продуктов разложения из камеры сгорания и катал изаторосодержащий материал в камере сгорания для катализации реакции топлива. Каталитический композит с керамической матрицей содержит собственно огнеупорную матрицу и частицы одного или нескольких каталитических металлических элементов или каталитических оксидов, внедренных в указанную огнеупорную матрицу и диспергированных в ней.[0022] A low-thrust engine according to one example of the present disclosure includes a combustion chamber, an injector for supplying fuel to the combustion chamber, an outlet for discharging decomposition products from the combustion chamber, and a catalyst-containing material in the combustion chamber for catalyzing a reaction of the fuel. The catalytic composite with a ceramic matrix contains the refractory matrix itself and particles of one or more catalytic metal elements or catalytic oxides embedded in the specified refractory matrix and dispersed therein.

[0023] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения частицы одного или нескольких каталитических металлических элементов выбраны из Ir, R, Pd, Rh, Os, Ru, Re и их комбинаций, огнеупорная матрица представляет собой оксид, выбранный из CeO2, HfO2, ZrO2, Y2O3, Ln2O3 и их комбинаций, где Ln представляет собой лантаноидный элемент, и по весу предусмотрено 5-50% частиц одного или нескольких каталитических металлических элементов или керамических оксидов, и 95-50% огнеупорной матрицы.[0023] In another embodiment of any of the above embodiments, the particles of one or more catalytic metal elements are selected from Ir, R, Pd, Rh, Os, Ru, Re and combinations thereof, the refractory matrix being an oxide selected from CeO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , Ln 2 O 3 and combinations thereof, where Ln represents a lanthanide element, and by weight there are 5-50% particles of one or more catalytic metal elements or ceramic oxides, and 95-50% refractory matrices.

[0024] В другом варианте любого из вышеуказанных вариантов осуществлений изобретения частицы представляют собой один или несколько каталитических металлических элементов и представляют собой Ir, огнеупорная матрица представляет собой оксид, выбранный из CeO2, HfO2 и их комбинаций, и по весу предусмотрено 30-40% частиц одного или нескольких каталитических металлических элементов или каталитических оксидов и 70-60% огнеупорной матрицы.[0024] In another embodiment of any of the above embodiments, the particles are one or more catalytic metal elements and are Ir, the refractory matrix is an oxide selected from CeO 2 , HfO 2 and combinations thereof, and the weight is 30-40 % particles of one or more catalytic metal elements or catalytic oxides and 70-60% refractory matrix.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

[0025] Различные признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники из следующего подробного раскрытия. Ниже приведено краткое описание чертежей, сопровождающих подробное раскрытие.[0025] Various features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed disclosure. Below is a brief description of the drawings accompanying the detailed disclosure.

[0026] На фиг. 1 показан вид в разрезе катализаторосодержащего материала.[0026] In FIG. 1 shows a cross-sectional view of a catalyst-containing material.

[0027] На фиг. 2 показан вид в разрезе катализаторосодержащего материала после периода использования.[0027] In FIG. 2 shows a cross-sectional view of the catalyst-containing material after a period of use.

[0028] На фиг. 3 показан способ изготовления катализаторосодержащего материала.[0028] In FIG. 3 shows a method for producing a catalyst-containing material.

[0029] На фиг. 4 показан пример двигателя малой тяги с катализаторосодержащим материалом.[0029] In FIG. Figure 4 shows an example of a low-thrust engine with catalyst-containing material.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

[0030] В некоторых высокотемпературных областях применения, например, в двигателях малой тяги, и даже в некоторых низкотемпературных областях применения катализатор на носителе может объединяться или мигрировать в агломераты, что снижает каталитическую активность. Таким образом, эти катализаторы на носителе показывают относительно небольшой срок службы с точки зрения сохранения каталитической активности. По всей вероятности, общепринятое представление о структуре катализатора также препятствует решению этой проблемы, по меньшей мере частично. Например, в структуре типичного катализатора на носителе парадигма заключается в том, что весь катализатор открыт для максимального контакта с реагентом (реагентами). Поэтому в течение одного и того же периода времени весь катализатор может быть постоянно подвержен объединению или миграции. В связи с этим в настоящем документе раскрыт каталитический композит с керамической матрицей, позволяющий легко добиться увеличения срока службы.[0030] In some high temperature applications, such as low-thrust engines, and even in some low temperature applications, the supported catalyst may aggregate or migrate into agglomerates, which reduces catalytic activity. Thus, these supported catalysts exhibit a relatively short lifetime in terms of maintaining catalytic activity. In all likelihood, the generally accepted understanding of catalyst structure also prevents the solution of this problem, at least partially. For example, in the structure of a typical supported catalyst, the paradigm is that the entire catalyst is exposed to maximum contact with the reactant(s). Therefore, over the same period of time, the entire catalyst may be constantly subject to coalescence or migration. In this regard, a ceramic matrix catalytic composite is disclosed herein that can easily achieve increased service life.

[0031] На фиг. 1 показан примерный вид в разрезе катализаторосодержащего материала 20 (далее "материал 20"). Как показано на чертеже, материал 20 имеет форму гранул. Такие гранулы могут быть предусмотрены в слое катализатора, например, для контакта с реагентом (реагентами). Однако следует принять во внимание, что материал 20 не ограничен гранулами и может иметь другие формы, как диктует целевое использование, например, но не ограничиваясь этим, цилиндры, стержни или другие разработанные формы.[0031] In FIG. 1 shows an exemplary cross-sectional view of a catalyst containing material 20 (hereinafter referred to as "material 20"). As shown in the drawing, the material 20 is in the form of granules. Such granules may be provided in the catalyst bed, for example, for contact with the reactant(s). However, it should be appreciated that the material 20 is not limited to granules and may take other shapes as the intended use dictates, such as, but not limited to, cylinders, rods, or other designed shapes.

[0032] Материал 20 содержит огнеупорную матрицу 22 и частицы 24 (только некоторые из них пронумерованы на чертеже). Частицы 24 выполнены из одного или нескольких каталитических металлических элементов или каталитических оксидов (в целом обозначены 24а), причем частицы 24 диспергированы по огнеупорной матрице 22 и внедрены в нее. Например, частицы 24 содержат только каталитические металлические элементы или каталитические оксиды 24а. Термин "диспергированный" означает, что частицы 24 относительно равномерно пространственно распределены по огнеупорной матрице 22. Термин "внедренный" означает, что частицы 24 надежно имплантированы в огнеупорную матрицу 22, например, по существу или полностью окружены огнеупорной матрицей 22 и находятся в тесном контакте с ней. При таком внедрении металлические частицы 24 "заперты" в огнеупорной матрице 22, в отличие от катализатора на носителе, в котором катализатор просто помещают в уже существующие поры в носителе.[0032] The material 20 contains a refractory matrix 22 and particles 24 (only some of which are numbered in the drawing). Particles 24 are made of one or more catalytic metal elements or catalytic oxides (generally designated 24a), with particles 24 dispersed throughout and embedded in a refractory matrix 22. For example, particles 24 contain only catalytic metal elements or catalytic oxides 24a. The term "dispersed" means that the particles 24 are relatively uniformly spatially distributed throughout the refractory matrix 22. The term "embedded" means that the particles 24 are securely implanted into the refractory matrix 22, for example, substantially or completely surrounded by the refractory matrix 22 and are in close contact with her. With this embedding, the metal particles 24 are "trapped" within a refractory matrix 22, as opposed to a supported catalyst in which the catalyst is simply placed into pre-existing pores in the support.

[0033] Огнеупорная матрица 22 выполнена из одного или нескольких огнеупоров. Используемый в данном документе термин "огнеупор" или "огнеупоры" относится к одному или нескольким высокотемпературным материалам, выбранным из двух классификаций материалов, в том числе известных как огнеупорные материалы и огнеупорные (тугоплавкие) металлы.[0033] The refractory matrix 22 is made of one or more refractories. As used herein, the term “refractory” or “refractories” refers to one or more high-temperature materials selected from two material classifications, including those known as refractory materials and refractory metals.

Под огнеупорными материалами понимают неметаллические материалы, такие как многие керамики, обладающие химическими и физическими свойствами, которые делают материал применимым в средах с температурой выше 1000°F (538°С). Под огнеупорными (тугоплавкими) металлами понимают ниобий, молибден, тантал, вольфрам, рений, титан, ванадий, хром, цирконий, гафний, рутений, родий, осмий и иридий.Refractory materials refer to non-metallic materials, such as many ceramics, that have chemical and physical properties that make the material suitable for use in environments with temperatures above 1000°F (538°C). Refractory (refractory) metals include niobium, molybdenum, tantalum, tungsten, rhenium, titanium, vanadium, chromium, zirconium, hafnium, ruthenium, rhodium, osmium and iridium.

[0034] В одном из примеров огнеупорная матрица 22 является монолитной и, таким образом, содержит только один из вышеуказанных огнеупоров, например, один металлический элемент или одно огнеупорное соединение. В другом примере огнеупорная матрица 22 является композитной и таким образом выполнена из двух или более вышеуказанных огнеупоров. В других примерах огнеупорная матрица 22 также содержит один или несколько огнеупоров, которые предусмотрены в качестве упрочнения и распределены по огнеупорной матрице 22 (но при этом отличаются от каталитических металлических элементов 24а, диспергированных по огнеупорной матрице 22). Например, упрочненный огнеупор содержит волокна или волокнистые сети, сформированные из огнеупора или огнеупоров, которые химически несхожи с огнеупором или огнеупорами огнеупорной матрицы 22. Так, в одном неограничивающем примере огнеупорное упрочнение представляет собой циркониевые волокна, а огнеупорная матрица 22 выбрана из вышеуказанных огнеупоров, но не содержит циркония.[0034] In one example, the refractory matrix 22 is monolithic and thus contains only one of the above refractories, for example, one metal element or one refractory compound. In another example, the refractory matrix 22 is a composite and is thus made of two or more of the above refractories. In other examples, the refractory matrix 22 also includes one or more refractories that are provided as reinforcement and dispersed throughout the refractory matrix 22 (but are distinct from the catalytic metal elements 24a dispersed throughout the refractory matrix 22). For example, the reinforced refractory comprises fibers or fibrous networks formed from a refractory or refractories that are chemically dissimilar from the refractory or refractories of the refractory matrix 22. Thus, in one non-limiting example, the refractory reinforcement is zirconium fibers and the refractory matrix 22 is selected from the above refractories, but does not contain zirconium.

[0035] Керамические огнеупоры содержат, но не ограничиваясь этим, огнеупорные бориды, нитриды, карбиды и оксиды. Термин "керамика" в целом относится к неорганическим неметаллическим твердым соединениям, обычно содержащим один или несколько металлических или металлоидных элементов, связанных с бором, азотом, углеродом, кислородом или их комбинациями, и которые могут быть кристаллическими, частично кристаллическими или некристаллическими. Примеры предусматривают, но не ограничиваясь этим, TiB2, NbB2, Si3N4 и SiC. Примерный керамический оксид выбран из CeO2, HfO2, ZrO2, Y2O3 и Ln2O3, где Ln представляет собой лантаноидный элемент, выбранный из La, Nd, Eu, Tb, Er и Yb.[0035] Ceramic refractories contain, but are not limited to, refractory borides, nitrides, carbides and oxides. The term "ceramics" generally refers to inorganic, non-metallic solid compounds, typically containing one or more metal or metalloid elements associated with boron, nitrogen, carbon, oxygen, or combinations thereof, and which may be crystalline, partially crystalline, or non-crystalline. Examples include, but are not limited to, TiB 2 , NbB 2 , Si 3 N 4 and SiC. An exemplary ceramic oxide is selected from CeO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , Y 2 O 3 and Ln 2 O 3 , where Ln is a lanthanide element selected from La, Nd, Eu, Tb, Er and Yb.

[0036] В качестве примера каталитический металлический элемент или элементы 24а частиц 24 выбраны из Ir, Pt, Pd, Rh, Os, Ru, Re и их комбинаций. В одном конкретном примере огнеупорная матрица 22 выбрана из CeO2, HfO2 или их комбинаций, а каталитический металл представляет собой Ir. В другом примере огнеупорная матрица 22 может также содержать другие керамические оксиды, а каталитический металл может также содержать другие металлы.[0036] As an example, the catalytic metal element or elements 24a of particles 24 are selected from Ir, Pt, Pd, Rh, Os, Ru, Re, and combinations thereof. In one specific example, the refractory matrix 22 is selected from CeO 2 , HfO 2 , or combinations thereof, and the catalyst metal is Ir. In another example, the refractory matrix 22 may also contain other ceramic oxides, and the catalyst metal may also contain other metals.

Однако, в других примерах огнеупорная матрица 22 состоит только из CeO2, HfO2 или их комбинации, а каталитический металл состоит только из Ir, так что материал 20 содержит только Ir и CeO2, HfO2 или их комбинации. В других примерах металлический элемент из вышеприведенных примеров заменен каталитическим оксидом, таким как V2O5 или MnO2.However, in other examples, the refractory matrix 22 consists only of CeO 2 , HfO 2 , or a combination thereof, and the catalytic metal consists only of Ir, such that the material 20 contains only Ir and CeO 2 , HfO 2 , or combinations thereof. In other examples, the metal element from the above examples is replaced by a catalytic oxide such as V 2 O 5 or MnO 2 .

[0037] Относительные количества огнеупорной матрицы 22 и частиц 24 могут быть изменены для обеспечения каталитической активности. Чаще всего по суммарному весу матрицы 22 и частиц 24 количество составляет: 5-50% по весу частиц 24 и 95-50% по весу огнеупорной матрицы 22. В другом примере количество составляет 30-40% по весу частиц 24 и 70-60% по весу огнеупорной матрицы 22. В приведенных выше примерах предполагается, что материал 20 содержит только керамическую оксидную матрицу 22 и частицы 24. Если материал 20 содержит другие компоненты, то можно использовать те же количества, что и выше, по отношению к суммарному весу только матрицы 22 и частиц 24 (то есть без учета веса других компонентов).[0037] The relative amounts of refractory matrix 22 and particles 24 can be varied to provide catalytic activity. Most often, based on the total weight of the matrix 22 and particles 24, the amount is: 5-50% by weight of particles 24 and 95-50% by weight of the refractory matrix 22. In another example, the amount is 30-40% by weight of particles 24 and 70-60% by weight of the refractory matrix 22. In the above examples, it is assumed that the material 20 contains only the ceramic oxide matrix 22 and particles 24. If the material 20 contains other components, then the same quantities as above can be used, relative to the total weight of the matrix only 22 and 24 particles (that is, without taking into account the weight of other components).

[0038] Структура материала 20 с частицами 24, диспергированными по огнеупорной матрице 22 и внедренными в нее, облегчает снижение объединения или миграции. Например, как показано на фиг. 1, некоторые частицы 24 изначально расположены вблизи внешней поверхности материала 20 (например, внешней поверхности гранулы, как в данном случае), при этом по меньшей мере часть этих частиц 24 находится в открытом виде на внешней поверхности огнеупорной матрицы 22. Другие частицы 24 расположены ниже внешней поверхности и не открыты.[0038] The structure of the material 20 with particles 24 dispersed throughout and embedded in the refractory matrix 22 facilitates the reduction of aggregation or migration. For example, as shown in FIG. 1, some particles 24 are initially located near the outer surface of the material 20 (for example, the outer surface of a granule, as in this case), with at least a portion of these particles 24 exposed on the outer surface of the refractory matrix 22. Other particles 24 are located below outer surface and not open.

[0039] Открытые (поверхностные) частицы 24 могут вступать в контакт с реагентом (реагентами) и таким образом участвовать в каталитической реакции с реагентом (реагентами). Огнеупорная матрица 22 блокирует или по существу блокирует частицы 24, которые находятся под внешней поверхностью, от контакта с реагентом (реагентами). Таким образом, частицы 24, находящиеся ниже внешней поверхности, находятся в спящем состоянии и не участвуют или по существу не участвуют в каталитических реакциях.[0039] The exposed (surface) particles 24 can come into contact with the reactant(s) and thus participate in a catalytic reaction with the reactant(s). The refractory matrix 22 blocks or substantially blocks particles 24 that are below the outer surface from contact with the reagent(s). Thus, the particles 24 below the outer surface are dormant and do not participate or substantially do not participate in the catalytic reactions.

[0040] В процессе использования открытые частицы 24 могут объединяться или мигрировать. Однако в материале 20 перемещение первоначально открытых частиц 24 вследствие объединения или миграции приводит к тому, что другая частица 24 под ними оказывается открытой. На фиг. 2 показана частица 24 после миграции нескольких исходных частиц 24, которые изначально находились на поверхности, при этом частица 24 под ней теперь стала вновь открытой. Вновь открытая частица 24 может вступать в прямой открытый контакт с реагентом (реагентами) и, таким образом, участвовать в каталитических реакциях.[0040] During use, exposed particles 24 may aggregate or migrate. However, in material 20, movement of initially exposed particles 24 due to coalescence or migration causes another particle 24 underneath to become exposed. In fig. 2 shows particle 24 after the migration of several of the original particles 24 that were originally on the surface, with the particle 24 underneath now newly exposed. The newly exposed particle 24 can come into direct open contact with the reactant(s) and thus participate in catalytic reactions.

[0041] В процессе дальнейшего использования частица 24, которая стала открытой в результате движения частицы над ней, может сама объединяться или мигрировать в новое место, тем самым открывая следующую частицу 24 под ней, и так далее. Таким образом, материал 20 по существу "самозаменяет" частицы 24, которые теряются из-за объединения или миграции, тем самым восполняя утраченную каталитическую активность объединенных/мигрировавших частиц 24 каталитической активностью вновь открытых частиц 24.[0041] With further use, a particle 24 that has become exposed as a result of the movement of a particle above it may itself combine or migrate to a new location, thereby opening the next particle 24 below it, and so on. Thus, material 20 essentially "self-replaces" particles 24 that are lost due to coalescence or migration, thereby replacing the lost catalytic activity of the coalesced/migrated particles 24 with the catalytic activity of newly exposed particles 24.

[0042] На фиг. 3 показан примерный способ 40 изготовления материала 20. Способ 40 включает в себя этапы 42, 44 и 46. Хотя этапы показаны в виде отдельных блоков, следует понимать, что этапы представляют собой действия или функции, которые могут быть скомбинированы, разделены на подэтапы и/или использованы с другими этапами способа.[0042] In FIG. 3 illustrates an exemplary method 40 for making material 20. The method 40 includes steps 42, 44, and 46. Although the steps are shown as separate units, it should be understood that steps represent actions or functions that may be combined, divided into substeps, and/or or used with other steps of the method.

[0043] На этапе 42 обеспечена смесь частиц матрицы и частиц 24. Смесь может быть заранее подготовлена или альтернативно может быть приготовлена из исходных материалов. В последнем случае исходные частицы матрицы смешивают с исходными частицами 24. Если частицы матрицы содержат более одной композиции частиц, то этот этап может также предусматривать смешивание нескольких композиций частиц матрицы. Аналогично, если частицы 24 содержат более одной композиции, то смешивают несколько композиций. Порядок смешивания не имеет особого значения, так что исходные материалы могут быть смешаны все сразу либо в двух или более подсмесей, которые затем объединяют в конечную смесь.[0043] At step 42, a mixture of matrix particles and particles 24 is provided. The mixture may be prepared in advance or alternatively may be prepared from starting materials. In the latter case, the original matrix particles are mixed with the original particles 24. If the matrix particles contain more than one composition of particles, then this step may also involve mixing multiple compositions of matrix particles. Likewise, if particles 24 contain more than one composition, then multiple compositions are mixed. The order of mixing is not particularly important, so the starting materials can be mixed all at once or in two or more sub-mixes, which are then combined into the final mixture.

[0044] Исходные частицы матрицы и исходные частицы 24 чаще всего представляют собой сухие порошки. Например, для простоты обработки исходные частицы матрицы обеспечены в виде порошка огнеупора, из которого должна быть сформирована огнеупорная матрица 22, так что химическое преобразование исходных частиц матрицы не требуется. Кроме того, использование порошка огнеупора исключает необходимость проведения химических преобразований. Характер сухих порошков не имеет особого значения, но в целом частицы порошка матрицы и частицы 24 имеют размер в среднем менее 100 микрометров каждая, в одном из других примеров 5-30 микрометров. Порошки смешивают по весу в процентном отношении, которое соответствует требуемому процентному отношению в материале 20. С этой точки зрения порошки смешивают в соответствии с процентным отношением, указанным выше для огнеупорной матрицы 22 и частиц 24 в материале 20. Для смешивания могут быть использованы различные известные методики. Один пример методики включает в себя объединение сухих порошков и последующее перемешивание с помощью вибрирующего шейкера (иногда называемого "шейкердля краски").[0044] The matrix precursor particles and precursor particles 24 are most often dry powders. For example, for ease of processing, the starting matrix particles are provided in the form of a refractory powder from which the refractory matrix 22 is to be formed, so that chemical conversion of the starting matrix particles is not required. In addition, the use of refractory powder eliminates the need for chemical transformations. The nature of the dry powders is not particularly important, but in general the matrix powder particles and particles 24 are on average less than 100 micrometers in size each, with one other example ranging from 5-30 micrometers. The powders are mixed by weight in a percentage that corresponds to the desired percentage in the material 20. From this point of view, the powders are mixed in accordance with the percentage specified above for the refractory matrix 22 and particles 24 in the material 20. Various known techniques can be used for mixing . One example technique involves combining dry powders and then mixing using a vibrating shaker (sometimes called a "paint shaker").

[0045] На этапе 44 смесь объединяют по меньшей мере со связующим веществом для получения полуфабриката. Чаще всего связующее вещество представляет собой полимер или смолу, но в качестве альтернативы могут быть использованы и другие типы связующих веществ в зависимости от требуемой формы полуфабриката и дополнительных этапов обработки. Одним из примеров практичного связующего вещества является поливинилбутиральная смола, такая как Butvar® В-79.[0045] At step 44, the mixture is combined with at least a binder to obtain a semi-finished product. Most often the binder is a polymer or resin, but other types of binders may alternatively be used depending on the desired form of the semi-finished product and additional processing steps. One example of a practical binder is a polyvinyl butyral resin such as Butvar® B-79.

[0046] Для размягчения связующего вещества и придания полуфабрикату более пластичной формы можно добавить растворитель. Например, один или несколько органических растворителей, таких как, но не ограничиваясь этим, изопропанол, метанол или этанол. В одном из примеров добавляют такое количество растворителя, чтобы полуфабрикат представлял собой густую пасту. Например, паста легко формуется, но является самоподдерживающейся, то есть удерживает приданную ей форму. В большинстве случаев полуфабрикату придают форму или формы, требуемые для конечного использования или связанные с ним. Например, формование может предусматривать, но не ограничиваясь этим, экструзию, формовку, прессование, штамповку, резку и разделение. В одном конкретном примере полуфабрикат экструдируют, а затем гранулируют путем резки или разделения на гранулы (то есть гранулированные полуфабрикаты).[0046] A solvent can be added to soften the binder and give the semi-finished product a more plastic form. For example, one or more organic solvents such as, but not limited to, isopropanol, methanol or ethanol. In one example, such an amount of solvent is added so that the semi-finished product is a thick paste. For example, paste is easy to form, but is self-supporting, that is, it holds the shape given to it. In most cases, the semi-finished product is given the shape or shapes required for or related to the end use. For example, molding may involve, but is not limited to, extrusion, molding, pressing, stamping, cutting and separating. In one specific example, the semi-finished product is extruded and then granulated by cutting or dividing into granules (ie, granular semi-finished products).

[0047] На этапе 46 полуфабрикат (или полуфабрикаты, если применимо) подвергают термической обработке. Термическая обработка вызывает спекание частиц матрицы для получения огнеупорной матрицы 22. Связующее вещество и любой остаточный растворитель также выжигают. При этом частицы 24, которые были смешаны с частицами матрицы, оказываются внедренными в огнеупорную матрицу 22. Спекание представляет собой твердотельный термический процесс, в котором частицы матрицы вплавляются в твердое тело, но при этом сами не расплавляются. Температура, среда и давление спекания могут изменяться в соответствии с композицией огнеупора. Чаще всего спекание проводят при температуре, которая существенно ниже температуры плавления огнеупора, и в среде защитного газа, инертного по отношению к реакции с керамическим оксидом или, в качестве альтернативы, в среде реактивного газа для ускорения химических преобразований. Температуры спекания варьируются, но в общем случае составляют 40-70% от температуры плавления. Кроме того, спекание может происходить в соответствии с профилем нагрева для контроля скорости нагрева, скорости охлаждения, времени выдержки и/или цикличности температуры. Воздушная или кислородная среда может быть использована для уменьшения потери оксидов в керамике.[0047] At step 46, the semi-finished product (or semi-finished products, if applicable) is subjected to heat treatment. The heat treatment causes the matrix particles to sinter to produce a refractory matrix 22. The binder and any residual solvent are also burned off. In this case, the particles 24, which were mixed with the matrix particles, become embedded in the refractory matrix 22. Sintering is a solid-state thermal process in which the matrix particles are fused into the solid without being melted. The sintering temperature, medium and pressure can be varied according to the composition of the refractory. Most often, sintering is carried out at a temperature that is significantly lower than the melting point of the refractory, and in a protective gas environment that is inert to the reaction with the ceramic oxide or, alternatively, in a reactive gas environment to accelerate chemical transformations. Sintering temperatures vary, but are generally 40-70% of the melting point. Additionally, sintering can occur according to a heating profile to control heating rate, cooling rate, holding time, and/or temperature cycling. Air or oxygen can be used to reduce the loss of oxides in ceramics.

[0048] Во время спекания частицы матрицы сплавляются вместе, удерживая частицы 24 в огнеупорной матрице 22. Поскольку спекание - это в первую очередь явление массопереноса в твердом состоянии, то ожидается, что во время процесса будут происходить минимальные химические реакции. Поэтому в случае, когда для композиций огнеупорной матрицы 22 и частиц 24 выбраны композиции сухих исходных порошков, ожидается, что композиции огнеупорной матрицы 22 и частиц 24 будут эквивалентны композициям сухих исходных порошков. Однако возможно, что компоненты сухих исходных порошков вступают в реакцию с образованием новой, другой композиции или фазы в огнеупорной матрице 22.[0048] During sintering, the matrix particles are fused together, holding the particles 24 within the refractory matrix 22. Since sintering is primarily a solid state mass transfer phenomenon, minimal chemical reactions are expected to occur during the process. Therefore, when dry starting powder compositions are selected for the refractory matrix 22 and particle 24 compositions, it is expected that the refractory matrix 22 and particle 24 compositions will be equivalent to the dry starting powder compositions. However, it is possible that components of the dry starting powders react to form a new, different composition or phase in the refractory matrix 22.

[0049] После спекания полученный консолидированный материал 20 готов к использованию или может быть подвергнут дополнительным этапам обработки в зависимости от конечного использования. Сравнительные способы осаждения катализатора на поверхность носителя обычно предусматривают использование солей металлов, которые требуют этапов восстановления металла (например, солей Ir до металла Ir). Способ 40 позволяет избежать использования таких солей и тем самым сократить количество требуемых этапов и время обработки. Ниже приведены примеры для демонстрации способа 40.[0049] After sintering, the resulting consolidated material 20 is ready for use or may be subject to additional processing steps depending on the end use. Comparative methods for depositing catalyst onto a support surface typically involve the use of metal salts, which require metal reduction steps (eg, Ir salts to Ir metal). Method 40 avoids the use of such salts and thereby reduces the number of steps required and processing time. Below are examples to demonstrate method 40.

[0050] ПРИМЕР 1[0050] EXAMPLE 1

[0051] Композит керамического оксидного катализатора: HfO2/CeO2, номинальное содержание Ir 9 мас. %.[0051] Ceramic oxide catalyst composite: HfO 2 /CeO 2 , nominal Ir content 9 wt. %.

[0052] Сухой порошок из 0,5 грамма Ir, 4,59 грамма HfO2, 0,41 грамма CeO2 и 0,21 грамма В-79 объединили и перемешивали в течение 15 минут в качающемся шейкере. Затем был добавлен объем 1,05 миллилитров изопропанола, и перемешивание продолжалось еще 30 минут. Полученная смесь имела консистенцию густой пасты. Затем паста была экструдирована в "лапшу" и высушена в течение ночи. Затем высушенную "лапшу" продавили через сито размером 20 меш для получения гранулированных полуфабрикатов. Гранулированные полуфабрикаты спекали в воздушной среде со скоростью нагрева 150°С/час до 1700°С, выдержали при температуре в течение 10 часов, а затем охладили со скоростью -150°С/час до температуры менее 100°С.[0052] The dry powder of 0.5 grams Ir, 4.59 grams HfO 2 , 0.41 grams CeO 2 and 0.21 grams B-79 was combined and mixed for 15 minutes in a rocking shaker. A volume of 1.05 milliliters of isopropanol was then added and stirring continued for another 30 minutes. The resulting mixture had the consistency of a thick paste. The paste was then extruded into "noodles" and dried overnight. The dried noodles were then pressed through a 20 mesh sieve to produce granulated semi-finished products. Granular semi-finished products were sintered in air at a heating rate of 150°C/hour to 1700°C, kept at the temperature for 10 hours, and then cooled at a rate of -150°C/hour to a temperature of less than 100°C.

Полученные гранулы содержали сплав HfO2/CeO2 и металл Ir, как показал рентгеновский дифракционный анализ.The resulting granules contained HfO 2 /CeO 2 alloy and Ir metal, as shown by X-ray diffraction analysis.

[0053] ПРИМЕР 2[0053] EXAMPLE 2

[0054] Композит керамического оксидного катализатора: HfO2/CeO2, номинальное содержание Ir 20 мас. %.[0054] Ceramic oxide catalyst composite: HfO 2 /CeO 2 , nominal Ir content 20 wt. %.

[0055] Сухой порошок из 1,0 грамма Ir, 3,68 грамма HfO2, 0,33 грамма CeO2 и 0,16 грамма В-79 объединили и перемешивали в течение 15 минут в качающемся шейкере. Затем был добавлен объем 1,68 миллилитров изопропанола, и перемешивание продолжалось еще 15 минут. Смесь была текучей. Через смесь продували газообразный азот для удаления изопропанола до получения пасты. Затем паста была экструдирована в "лапшу", высушена, а затем продавлена через сито размером 20 меш для получения гранулированных полуфабрикатов. Гранулированные полуфабрикаты спекали в воздушной среде со скоростью нагрева 150°С/час до 1700°С, выдержали при температуре в течение 10 часов, а затем охладили со скоростью -150°С/час до температуры менее 100°С.[0055] The dry powder of 1.0 grams Ir, 3.68 grams HfO 2 , 0.33 grams CeO 2 and 0.16 grams B-79 was combined and mixed for 15 minutes in a rocking shaker. A volume of 1.68 milliliters of isopropanol was then added and stirring continued for a further 15 minutes. The mixture was fluid. Nitrogen gas was purged through the mixture to remove isopropanol to form a paste. The paste was then extruded into "noodles", dried, and then pressed through a 20 mesh screen to produce granular semi-finished products. Granular semi-finished products were sintered in air at a heating rate of 150°C/hour to 1700°C, kept at the temperature for 10 hours, and then cooled at a rate of -150°C/hour to a temperature of less than 100°C.

[0056] ПРИМЕР 3[0056] EXAMPLE 3

[0057] Композит керамического оксидного катализатора: HfO2/CeO2, номинальное содержание Ir 30 мас. %.[0057] Ceramic oxide catalyst composite: HfO 2 /CeO 2 , nominal Ir content 30 wt. %.

[0058] Сухой порошок из 1,5 грамма Ir, 3,2 грамма HfO2, 0,3 грамма CeO2 и 0,14 грамма В-79 объединили и перемешивали в течение 15 минут в качающемся шейкере. Затем был добавлен объем 0,74 миллилитра изопропанола, и перемешивание продолжалось еще 15 минут. В этот момент смесь все еще была порошкообразной. Был добавлен дополнительный объем 0,07 миллилитра и перемешивание продолжалось еще 5 минут. Так повторяли до тех пор, пока смесь не приобрела консистенцию густой пасты. Затем паста была экструдирована в "лапшу", высушена, а затем продавлена через сито размером 20 меш для получения гранулированных полуфабрикатов. Гранулированные полуфабрикаты спекали в воздушной среде со скоростью нагрева 150°С/час до 1700°С, выдержали при температуре в течение 10 часов, а затем охладили со скоростью -150°С/час до температуры менее 100°С.[0058] The dry powder of 1.5 grams Ir, 3.2 grams HfO 2 , 0.3 grams CeO 2 and 0.14 grams B-79 was combined and mixed for 15 minutes in a rocking shaker. A volume of 0.74 milliliters of isopropanol was then added and stirring continued for a further 15 minutes. At this point the mixture was still powdery. An additional volume of 0.07 milliliters was added and mixing continued for another 5 minutes. This was repeated until the mixture acquired the consistency of a thick paste. The paste was then extruded into "noodles", dried, and then pressed through a 20 mesh screen to produce granular semi-finished products. Granular semi-finished products were sintered in air at a heating rate of 150°C/hour to 1700°C, kept at the temperature for 10 hours, and then cooled at a rate of -150°C/hour to a temperature of less than 100°C.

[0059] ПРИМЕР 4[0059] EXAMPLE 4

[0060] Композит керамического оксидного катализатора: HfO2/CeO2, номинальное содержание Ir 40 мас. %.[0060] Ceramic oxide catalyst composite: HfO 2 /CeO 2 , nominal Ir content 40 wt. %.

[0061] Сухой порошок из 65,47 грамм Ir (предварительно просеянного до -325 меш), 89,94 грамм HfO2, 8,18 грамм CeO2 и 3,92 грамм В-79 объединили и перемешивали в течение 15 минут в качающемся шейкере. Затем был добавлен объем 20,60 миллилитра изопропанола, и перемешивание продолжалось в течение 15 минут. Смесь выглядела немного сухой, поэтому было добавлено еще 3 миллилитра изопропанола, и перемешивание продолжалось еще 30 минут. Полученная смесь имела консистенцию густой пасты. Затем паста была экструдирована в "лапшу", высушена, а затем продавлена через сито размером 20 меш для получения гранулированных полуфабрикатов. Гранулированные полуфабрикаты спекали в воздушной среде со скоростью нагрева 150°С/час до 1700°С, выдержали при температуре в течение 10 часов, а затем охладили со скоростью -150°С/час до температуры менее 100°С.Дальнейший этап восстановления использовался для уменьшения любого потенциального поверхностного оксида на доступном металле иридии.[0061] Dry powder of 65.47 grams Ir (pre-screened to -325 mesh), 89.94 grams HfO 2 , 8.18 grams CeO 2 and 3.92 grams B-79 were combined and mixed for 15 minutes in a shaking shaker A volume of 20.60 milliliters of isopropanol was then added and stirring continued for 15 minutes. The mixture looked a little dry, so another 3 milliliters of isopropanol was added and stirring continued for another 30 minutes. The resulting mixture had the consistency of a thick paste. The paste was then extruded into "noodles", dried, and then pressed through a 20 mesh screen to produce granular semi-finished products. Granular semi-finished products were sintered in air at a heating rate of 150°C/hour to 1700°C, kept at the temperature for 10 hours, and then cooled at a rate of -150°C/hour to a temperature of less than 100°C. A further reduction step was used to reducing any potential surface oxide on the available iridium metal.

[0062] На фиг. 4 показан пример реализации материала 20. В этом примере материал 20 находится в двигателе 60 малой тяги. Двигатель 60 малой тяги содержит камеру 62 сгорания, форсунку 64 для подачи топлива Р в камеру 62 сгорания и выход 66 для выпуска газов С разложения из камеры 62 сгорания. В этом примере выход 66 представляет собой сопло, но в качестве альтернативы он может быть отверстием или другим типом выхода. Материал 20 размещен в камере 62 сгорания в виде каталитического слоя 68. Топливо Р поступает в камеру 62 сгорания через форсунку 62. Каталитический слой 68 служит для облегчения воспламенения и разложения топлива. Обычно топливо представляет собой жидкость и может быть, но не ограничиваясь этим, однокомпонентным топливом на основе ионных жидкостей, топливными смесями на основе гидразина, топливными смесями на основе триазола, топливом на основе пероксида и топливными смесями на основе карбогидразида. Продукты разложения выбрасываются через выход 66 для создания тяги.[0062] In FIG. 4 shows an example implementation of material 20. In this example, material 20 is located in thruster 60. The thrust engine 60 includes a combustion chamber 62, an injector 64 for supplying fuel P to the combustion chamber 62, and an outlet 66 for releasing decomposition gases C from the combustion chamber 62. In this example, outlet 66 is a nozzle, but alternatively it could be an orifice or other type of outlet. The material 20 is placed in the combustion chamber 62 in the form of a catalytic layer 68. Fuel P enters the combustion chamber 62 through an injector 62. The catalytic layer 68 serves to facilitate ignition and decomposition of the fuel. Typically the fuel is a liquid and may be, but is not limited to, ionic liquid monofuels, hydrazine fuel blends, triazole fuel blends, peroxide based fuels and carbohydrazide fuel blends. Decomposition products are released through exit 66 to create draft.

[0063] Хотя в приведенных примерах показана комбинация признаков, не все из них необходимо объединять для получения преимуществ различных вариантов осуществления настоящего изобретения. Другими словами, система, разработанная в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, не обязательно будет содержать все признаки, показанные на любом из чертежей, или все части, схематично показанные на чертежах. Более того, отдельные признаки одного примера осуществления могут быть объединены с отдельными признаками других примеров осуществления.[0063] Although the examples show a combination of features, not all of them need to be combined to obtain the benefits of various embodiments of the present invention. In other words, a system designed in accordance with one embodiment of the present invention will not necessarily contain all of the features shown in any of the drawings or all of the parts shown schematically in the drawings. Moreover, individual features of one embodiment may be combined with individual features of other embodiments.

[0064] Приведенное выше описание является примерным, а не ограничивающим по своей природе. Вариации и модификации раскрытых примеров могут стать очевидными для специалистов в данной области, которые не обязательно исходят из настоящего раскрытия. Объем правовой охраны, предоставляемой настоящему изобретению, может быть определен только при изучении формулы изобретения, приведенной ниже.[0064] The above description is exemplary and not limiting in nature. Variations and modifications to the disclosed examples may become apparent to those skilled in the art who do not necessarily benefit from the present disclosure. The scope of legal protection granted to the present invention can only be determined by reading the claims below.

Claims (19)

1. Катализаторосодержащий материал для двигателя малой тяги, содержащий:1. Catalyst-containing material for a low-thrust engine, containing: огнеупорную матрицу;fireproof matrix; и частицы одного или нескольких каталитических металлических элементов или каталитических оксидов, причем частицы диспергированы по огнеупорной матрице и внедрены в нее,and particles of one or more catalytic metal elements or catalytic oxides, the particles being dispersed throughout and embedded in the refractory matrix, при этом указанные частицы представляют собой один или несколько каталитических металлических элементов и выбраны из Ir, Pt, Pd, Rh, Os, Ru, Re и их комбинацийwherein said particles are one or more catalytic metal elements and are selected from Ir, Pt, Pd, Rh, Os, Ru, Re and combinations thereof или указанные частицы представляют собой каталитические оксиды и выбраны из V2O5, MnO2 и их комбинаций,or said particles are catalytic oxides and are selected from V2O5, MnO2 and combinations thereof, при этом огнеупорная матрица представляет собой оксид, выбранный из CeO2, HfO2, ZrO2, Y2O3, Ln2O3 и их комбинаций, где Ln представляет собой лантаноидный элемент,wherein the refractory matrix is an oxide selected from CeO2, HfO2, ZrO2, Y2O3, Ln2O3 and combinations thereof, where Ln is a lanthanide element, причем указанные частицы, внедренные в огнеупорную матрицу, представляют собой частицы, которые надежно имплантированы в огнеупорную матрицу путем полного или по существу полного их окружения огнеупорной матрицей и находятся в тесном контакте с матрицей, вследствие чего частицы оказываются запертыми в огнеупорной матрице.wherein said refractory matrix embedded particles are particles that are securely implanted into the refractory matrix by being completely or substantially completely surrounded by the refractory matrix and are in close contact with the matrix such that the particles are trapped within the refractory matrix. 2. Катализаторосодержащий материал по п. 1, в котором частицы представляют собой один или несколько каталитических металлических элементов и выбраны из Ir, Pt, Pd, Rh, Os, Ru, Re и их комбинаций.2. The catalyst-containing material according to claim 1, wherein the particles are one or more catalytic metal elements and are selected from Ir, Pt, Pd, Rh, Os, Ru, Re and combinations thereof. 3. Катализаторосодержащий материал по п. 2, в котором один или несколько каталитических металлических элементов представляют собой Ir.3. The catalyst-containing material according to claim 2, wherein the one or more catalyst metal elements is Ir. 4. Катализаторосодержащий материал по п. 1, в котором частицы представляют собой каталитические оксиды и выбраны из V2O5, MnO2 и их комбинаций.4. Catalyst-containing material according to claim 1, in which the particles are catalytic oxides and are selected from V2O5, MnO2 and combinations thereof. 5. Катализаторосодержащий материал по любому из пп.1 - 4, в котором огнеупорная матрица представляет собой оксид, выбранный из CeO2, HfO2 и их комбинаций.5. The catalyst-containing material according to any one of claims 1 to 4, wherein the refractory matrix is an oxide selected from CeO2, HfO2 and combinations thereof. 6. Катализаторосодержащий материал по любому из пп.1 - 3, содержащий по весу 5–50% частиц одного или нескольких каталитических металлических элементов и 95–50% огнеупорной матрицы.6. Catalyst-containing material according to any one of claims 1 to 3, containing by weight 5–50% of particles of one or more catalytic metal elements and 95–50% of a refractory matrix. 7. Катализаторосодержащий материал по п. 6, содержащий по весу 30–40% металлических частиц одного или нескольких каталитических металлических элементов и 70–60% огнеупорной матрицы.7. Catalyst-containing material according to claim 6, containing by weight 30-40% metal particles of one or more catalytic metal elements and 70-60% refractory matrix. 8. Катализаторосодержащий материал по п. 1, в котором огнеупорная матрица представляет собой бинарную композицию из двух различных оксидов, выбранных из CeO2, HfO2, ZrO2, Y2O3 и Ln2O3, где Ln представляет собой лантаноидный элемент.8. The catalyst-containing material according to claim 1, wherein the refractory matrix is a binary composition of two different oxides selected from CeO2, HfO2, ZrO2, Y2O3 and Ln2O3, where Ln is a lanthanide element. 9. Катализаторосодержащий материал по п. 8, в котором огнеупорная матрица представляет собой бинарную композицию из CeO2 и HfO2.9. Catalyst-containing material according to claim 8, in which the refractory matrix is a binary composition of CeO2 and HfO2. 10. Катализаторосодержащий материал по п. 1, в котором частицы представляют собой один или несколько каталитических металлических элементов и выбраны из Ir, Pt, Pd, Rh, Os, Ru, Re и их комбинаций, а огнеупорная матрица представляет собой оксид, выбранный из CeO2, HfO2, ZrO2, Y2O3, La2O3 и их комбинаций, причем материал содержит по весу 5–50% частиц одного или нескольких каталитических металлических элементов и 95–50% огнеупорной матрицы.10. The catalyst-containing material according to claim 1, wherein the particles are one or more catalytic metal elements and are selected from Ir, Pt, Pd, Rh, Os, Ru, Re and combinations thereof, and the refractory matrix is an oxide selected from CeO2 , HfO2, ZrO2, Y2O3, La2O3 and combinations thereof, the material containing by weight 5-50% particles of one or more catalytic metal elements and 95-50% refractory matrix. 11. Катализаторосодержащий материал по п. 1, в котором частицы представляют собой один или несколько каталитических металлических элементов и представляют собой Ir, а огнеупорная матрица представляет собой оксид, выбранный из CeO2, HfO2 и их комбинаций, причем материал содержит по весу 30–40% частиц одного или нескольких каталитических металлических элементов и 70–60% огнеупорной матрицы.11. The catalyst-containing material of claim 1, wherein the particles are one or more catalytic metal elements and are Ir and the refractory matrix is an oxide selected from CeO2, HfO2 and combinations thereof, the material containing by weight 30-40% particles of one or more catalytic metal elements and 70–60% refractory matrix. 12. Двигатель малой тяги, содержащий камеру сгорания, форсунку для подачи топлива в камеру сгорания и катализаторосодержащий материал по любому из пп. 1 - 11, размещенный в камере сгорания для катализации реакции топлива.12. A low-thrust engine containing a combustion chamber, a nozzle for supplying fuel to the combustion chamber and a catalyst-containing material according to any one of claims. 1 - 11, placed in the combustion chamber to catalyze the fuel reaction. 13. Двигатель по п. 12, дополнительно содержащий выход для выпуска продуктов разложения из камеры сгорания.13. The engine according to claim 12, additionally containing an outlet for releasing decomposition products from the combustion chamber.
RU2022114252A 2019-11-25 Catalyst-containing material RU2807185C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2807185C1 true RU2807185C1 (en) 2023-11-10

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001087771A1 (en) * 2000-05-15 2001-11-22 W.C. Heraeus Gmbh & Co. Kg Method and device for the reduction of nitrogen protoxide
RU2335340C1 (en) * 2007-08-22 2008-10-10 Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук Catalyst, method of its preparation (versions) and process of hydrodeoxygenation of oxygen-organic products of biomass fast pyrolysis

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001087771A1 (en) * 2000-05-15 2001-11-22 W.C. Heraeus Gmbh & Co. Kg Method and device for the reduction of nitrogen protoxide
RU2335340C1 (en) * 2007-08-22 2008-10-10 Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук Catalyst, method of its preparation (versions) and process of hydrodeoxygenation of oxygen-organic products of biomass fast pyrolysis

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3054154B2 (en) Structure enclosing catalyst assembly, method of making and method of using the same
EP1740515B1 (en) Method for increasing the strength of porous ceramic bodies
CN101374584B (en) Ceramic honeycomb filter
CN110072619A (en) For handle exhaust have skeleton outside the LTA catalyst of iron and/or manganese
TWI441680B (en) Catalyst composition for alcohol steam reforming
EP1808243B1 (en) Process for producing porous sinter, porous-sinter molding material, and porous sinter
JPH10296092A (en) Method for depositing catalytic active component on carrier substance with high specific area
JPH051058B2 (en)
RU2807185C1 (en) Catalyst-containing material
EA018747B1 (en) Method for producing catalysts
US3957685A (en) Process for producing catalyst supports or catalyst systems having open pores
JPH02282442A (en) Aluminide structure
US20220410125A1 (en) Catalyst-containing material
US7258825B2 (en) Method for manufacturing a ceramic foam
JPH04187578A (en) Production of sintered compact of porous silicon carbide
JPH0232003B2 (en)
US4977128A (en) Catalyst for combustion and process for producing same
US11554364B2 (en) Active metal catalyst
US11677088B2 (en) Process for the manufacture of a solid oxide membrane electrode assembly
JP3816662B2 (en) Carbon dioxide absorbing member
JP4547607B2 (en) Exhaust gas purification catalyst
JPH0615044B2 (en) Catalyst carrier composed of porous silicon carbide sintered body
RU2816230C1 (en) Method of producing heat-resistant ceramic material for articles of complex geometric shape
KR20210000750A (en) Supported nickel catalysts used as direct internal reforming catalyst in molten carbonate fuel cells
WO2022163863A1 (en) Method for producing functional material molded article, functional material molded article, and reactor