катализатор окисления оксида углерода

Формула изобретения

Применение кобальтита самария SmCo₅ в качестве катализатора окисления оксида углерода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к катализаторам глубокого окисления оксида углерода и может быть использовано для очистки отходящих газов промышленных предприятий и выхлопных газов автотранспорта.

Известна активность катализаторов, содержащих оксиды редкоземельных элементов, в том числе оксид самария Sm₂O₃, в окислении оксида углерода (М. 10. Султанов, X.А. Садыкова "Сравнительная активность окислов редкоземельных элементов (РЗЭ) в реакции окисления окиси углерода", Азербайджанский химический журнал, N 1, 1971 год, стр. 110-112). Реакционную смесь из 1%-ого оксида углерода и воздуха пропускали через проточную установку при объемной скорости 5000 ч^-1. Однако полная конверсия CO наблюдалась только при температуре 650^oC.

Известно использование в окислении оксида углерода оксидных катализаторов со структурой перовскита состава SmCoO₃ (Панич Н.М., Пирогова Г.Н., Коростелева Р. И. , Воронина Ю.В. "Окисление CO и углеводородов на оксидных катализаторах со структурой перовскита", Известия Академии наук, серия химическая, 1999, N 4, стр. 698-701). Полная конверсия CO наблюдается при температуре 140-180^oC. Но использование соединения SmCoO₃ в качестве катализатора требует предварительного прокаливания при температуре 350-700^oC.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать новый катализатор окисления оксида углерода, обеспечивающий полную конверсию при достаточно низких температурах без предварительной обработки катализатора.

Поставленная задача решена путем применения кобальтита самария SmCo₅ в качестве катализатора окисления оксида углерода.

В настоящее время известно применение кобальтита самария SmCo₅ для получения композиционных постоянных магнитов с использованием полимерного или металлического связующего. Магнитный момент для соединения SmCo₅ равен 7,8 (К. Тейлор, М. Дарби "Физика редкоземельных соединений", изд. "Мир", М., 1974).

Применение известного соединения SmCo₅ в качестве катализатора окисления оксида углерода стало возможным благодаря экспериментальным исследованиям, проведенным авторами, по изучению конверсии CO в присутствии различных соединений. Каталитическая активность в реакции окисления оксида углерода известных оксидных соединений самария объясняется сорбционными процессами, идущими на поверхности катализатора, при этом наличие сорбционных процессов обусловлено природой оксидных соединений, когда кислород решетки не участвует непосредственно в реакции окисления, но, по-видимому, способствует адсорбции кислорода поверхностью оксида, и катализатор, адсорбируя большое количество кислорода в области температур реакции окисления, ускоряет реакцию окисления. Экспериментальные исследования, проведенные авторами, позволили сделать вывод о наличии высокой способности поверхности кобальтита самария SmCo₅ адсорбировать кислород, которая, по-видимому, в данном случае объясняется тем, что соединение SmCo₅ имеет гексагональную структуру, характеризующуюся наличием слоев атомов только одного сорта. Такая структура способствует адсорбционным процессам, и таким образом, адсорбция кислорода поверхностью соединения идет в отсутствии кислорода решетки, и кобальтит самария является катализатором в реакции окисления оксида углерода.

Способ применения предлагаемого катализатора заключается в следующем. Газ, представляющий смесь оксида углерода, кислорода и азота, при температуре 170-175^oC пропускают через установку с реактором проточного типа, в которую предварительно загружают катализатор - кобальтит самария SmCo₅ Удельную поверхность катализатора определяют методом тепловой десорбции аргона. Состав газовой смеси на выходе из реактора определяют газохроматографическим методом с использованием в качестве газа-носителя гелия.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующим примером.

Пример 1. Реакцию каталитического окисления оксида углерода проводят на установке с реактором проточного типа, в которую загружают 5 см³ предварительно измельченного катализатора состава SmCo₅ с удельной поверхностью, равной 0,13 м²/г. Состав конвертируемого газа: 10,2% CO; 18,8% O₂; 71% N₂. Газовую смесь пропускают с объемной скоростью подачи 240 ч^-1 при температуре 170^oC. Конверсия CO равна 100%.

Таким образом, предлагаемый катализатор обеспечивает полную конверсию оксида углерода при достаточно низких температурах.