способ получения микропористых материалов с покрытием из оксида редкоземельного металла

Формула изобретения

1. Способ получения каталитического микропористого мелкодисперсного материала с покрытием из оксида редкоземельного металла, имеющего оксид редкоземельного металла, нанесенный на наружные поверхности указанного микропористого мелкодисперсного материала, содержащий стадии

i) комбинирования количества коллоидной дисперсии гидрата оксида редкоземельного металла с совместимым микропористым мелкодисперсным материалом с образованием суспензии, причем указанный микропористый мелкодисперсный материал имеет средний размер пор меньше размера частиц указанной коллоидной дисперсии, с размещением в результате указанной коллоидной дисперсии на наружных поверхностях указанного микропористого мелкодисперсного материала;

(ii) термообработки указанной суспензии для фиксации оксида редкоземельного металла на наружных поверхностях микропористого мелкодисперсного материала.

2. Способ по п.1, в котором указанная термообработка включает нагревание указанной суспензии при температуре, достаточной для удаления достаточного количества воды из указанной суспензии, с образованием свободносыпучего мелкодисперсного материала.

3. Способ по п.2, в котором указанная термообработка дополнительно включает прокаливание указанного свободносыпучего мелкодисперсного материала.

4. Способ по п.1, в котором указанная термообработка включает нагревание указанной суспензии до сухого прокаленного порошка в одну стадию.

5. Способ по п.1, в котором указанная суспензия содержит нитратные ионы и указанную термообработку проводят при температуре, достаточной для разложения по меньшей мере части нитратных ионов на газообразные компоненты.

6. Способ по п.3, в котором указанная суспензия содержит нитратные ионы и указанное прокаливание проводят при температуре, достаточной для разложения по меньшей мере части нитратных ионов на газообразные компоненты.

7. Способ по п.1, в котором указанный способ дополнительно содержит измельчение микропористого мелкодисперсного материала с покрытием из оксида редкоземельного металла с обеспечением размеров частиц в интервале 1-25 мкм.

8. Способ получения каталитического микропористого мелкодисперсного материала с покрытием из оксида редкоземельного металла, имеющего более 20 мас.% указанного оксида редкоземельного металла, нанесенного на наружные поверхности указанного микропористого мелкодисперсного материала, по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида редкоземельного металла и микропористого мелкодисперсного материала, содержащий стадии

i) комбинирования количества коллоидной дисперсии гидрата оксида редкоземельного металла с совместимым микропористым мелкодисперсным материалом с образованием суспензии, причем количество коллоидной дисперсии является достаточным для обеспечения при термообработке на стадии (ii) более 20 мас.% оксида редкоземельного металла, причем указанный микропористый мелкодисперсный материал имеет средний размер пор менее 20 Å и указанная коллоидная дисперсия имеет размер частиц не менее 20 Å, с размещением указанной коллоидной дисперсии на указанных наружных поверхностях указанного микропористого мелкодисперсного материала;

(ii) термообработки указанной суспензии при температуре ниже примерно 200°С, выше примерно 400°С или последовательной их комбинации, где указанную суспензию подвергают термообработке, во-первых, при температурах ниже примерно 200°С и, во-вторых, выше примерно 400°С для фиксации полученного оксида редкоземельного металла на указанных наружных поверхностях указанного микропористого мелкодисперсного материала с получением свободносыпучего мелкодисперсного материала.

9. Способ по п.1 или 8, в котором указанным микропористым мелкодисперсным материалом является совместимый алюмосиликат.

10. Способ по п.9, в котором указанным микропористым мелкодисперсным материалом является совместимый цеолитный мелкодисперсный материал.

11. Способ по п.10, в котором указанную суспензию подвергают термообработке, во-первых, при температурах ниже примерно 200°С и, во-вторых, выше примерно 400°С.

12. Способ по п.11, в котором оксид редкоземельного металла выбран из группы, состоящей из оксидов лантанидных металлов, иттрия, скандия и их смесей.

13. Способ по п.12, в котором оксидом редкоземельного металла является оксид церия,

14. Способ по п.10, в котором указанная коллоидная дисперсия имеет рН менее 4,2 и указанная коллоидная дисперсия является кристаллической.

15. Способ по п.8, в котором указанный способ содержит дополнительную стадию (iii), которая включает измельчение указанного микропористого мелкодисперсного материала с покрытием из оксида редкоземельного металла с получением размеров частиц в интервале 1-25 мкм.

16. Способ по п.10, в котором указанную коллоидную дисперсию гидрата оксида редкоземельного металла получают на основе соли редкоземельного металла, выбранной из группы, состоящей из нитрата редкоземельного металла, хлорида редкоземельного металла, ацетата редкоземельного металла, перхлората редкоземельного металла и их смеси.

17. Способ по п.10, в котором указанный цеолит смешивают с водой и добавляют кислоту для достижения рН менее 4,2.

18. Способ по п.10, в котором указанный цеолит смешивают с водой и достигают рН менее 4,2.

19. Способ по п.10, в котором указанную коллоидную дисперсию получают в определенном регулируемом интервале размеров коллоидных частиц 20-50 Å, 50-70 Å или 100-150 Å.

20. Способ по п.19, в котором получение указанной коллоидной дисперсии, имеющей указанный определенный размер частиц 20-50 Å, содержит стадии

а) смешения основания и перекиси водорода с раствором гидролизующейся соли редкоземельного металла с получением раствора гидроксида редкоземельного металла;

b) добавления сильной кислоты к раствору гидроксида редкоземельного металла с получением коллоидной дисперсии гидрата оксида редкоземельного металла, в котором сильная кислота способна деагрегировать коллоидную дисперсию гидрата оксида редкоземельного металла.

21. Способ по п.19, в котором получение указанной коллоидной дисперсии, имеющей указанный определенный размер частиц 50-70 Å, содержит стадии

a) смешения основания с раствором гидролизующейся соли редкоземельного металла, путем барботирования воздуха через указанный раствор с получением раствора гидроксида редкоземельного металла;

b) добавления сильной кислоты к раствору гидроксида редкоземельного металла с получением коллоидной дисперсии гидрата оксида редкоземельного металла, в котором сильная кислота способна деагрегировать коллоидную дисперсию гидрата оксида редкоземельного металла.

22. Способ по п.19, в котором получение указанной коллоидной дисперсии, имеющей указанный определенный размер частиц 100-150 Å, содержит стадии

a) смешения основания с раствором гидролизующейся соли редкоземельного металла, где редкоземельный металл имеет две степени окисления;

b) обеспечение медленного окисления на воздухе раствора гидролизующейся соли редкоземельного металла с получением раствора гидроксида редкоземельного металла;

c) добавления сильной кислоты к раствору гидроксида редкоземельного металла с получением коллоидной дисперсии гидрата оксида редкоземельного металла, в котором сильная кислота способна деагрегировать коллоидную дисперсию гидрата оксида редкоземельного металла.

23. Способ по п.10, в котором указанная коллоидная дисперсия гидрата оксида редкоземельного металла представляет коллоидную дисперсию гидрата оксида церия полученную на основе соли церия, выбранной из группы, состоящей из нитрата церия, хлорида церия, ацетата церия, перхлората церия и их смеси.

24. Способ по п.10, в котором указанный оксид редкоземельного металла, нанесенный на наружную поверхность, находится в интервале 20-70 мас.% по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида редкоземельного металла и цеолита.

25. Способ по п.24, в котором указанным оксидом редкоземельного металла является оксид церия.

26. Способ по п.10, в котором цеолит выбран из группы, состоящей из силикалитных цеолитов, фожазитов, X, Y и L цеолитов, -цеолитов, морденитных цеолитов и ZSM цеолитов и их смеси.

27. Каталитический свободносыпучий мелкодисперсный материал с покрытием из оксида редкоземельного металла, содержащий

цеолитный мелкодисперсный материал,

оксид редкоземельного металла,

где указанный цеолитный мелкодисперсный материал, имеющий средний размер пор меньше, чем размер частиц указанного оксида редкоземельного металла, и

более 20 мас.% указанного оксида редкоземельного металла находится на наружных поверхностях указанного цеолитного мелкодисперсного материала по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида редкоземельного металла и цеолита.

28. Свободносыпучий мелкодисперсный материал по п.27, где указанный средний размер пор равен 20 Å.

29. Свободносыпучий мелкодисперсный материал по п.27, в котором оксид редкоземельного металла выбран из группы, состоящей из оксидов лантанидных металлов, иттрия, скандия и их смеси.

30. Свободносыпучий мелкодисперсный материал по п.29, в котором оксидом редкоземельного металла является оксид церия.

31. Свободносыпучий мелкодисперсный материал по п.27, в котором указанный оксид редкоземельного металла, нанесенный на наружную поверхность, находится в интервале 20-70 мас.% по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида редкоземельного металла и цеолита.

Описание изобретения к патенту

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу получения каталитического микропористого мелкодисперсного материала с покрытием из оксида металла и к связанным с ним продуктам.

Предпосылки создания изобретения

Пористые мелкодисперсные материалы, несущие каталитически активные элементы, являются известными в технике. Указанные материалы используются во многих процессах, таких как очистка нефтяных фракций или очистка сточных вод, например каталитическая конверсия выхлопных газов, выходящих из двигателей внутреннего сгорания.

Катализаторы обычно содержат носитель, получаемый формованием пористого материала, такого как глинозем. Таким образом, носитель может принимать различные формы, такие как сферы, цилиндрические экструдированные профили или экструдированные профили, имеющие многолепестковое поперечное сечение или поперечное сечение различных форм, таких как колесо.

Обычно используемыми пористыми материалами являются глинозем, кремнезем, цеолиты или подобное. Указанные носители обычно имеют большую удельную площадь поверхности, например свыше 20м²/г, для обеспечения большой площади поверхности, которая становится каталитически активной при нанесении на нее каталитически активных элементов.

Различные элементы обычно вводят пропиткой в пористый материал. Например, патент США 5232889 относится к катализатору, полученному пропиткой пористого материала, предпочтительно глиноземными сферами с коллоидной дисперсией наносимого металла. Коллоидная дисперсия должна иметь размер частиц не больше размера пор пористого материала. Когда коллоидная дисперсия проникает в поры носителя, реакционные поверхностные участки носителя изменяют рН дисперсии, вызывая отложение металла в пористом материале. Патент США 6040265 также относится к пропитке пористого материала, такого как глинозем или цеолиты, раствором первичного ацетата металла, по меньшей мере, одного вторичного ацетата металла и органическим агентом осаждения, таким как растворимые сахар, сахариды, полисахариды или их производные, с образованием в результате пропитанного пористого материала. Кроме того, Канадский патент 2033291 относится к катализатору для конверсии оксидов азота в высокотемпературном отработанном газе. Катализатор состоит из цеолита (мольное отношение SiO₂/Al₂O ₃ > 20), который содержит 0,5-10 мас.% оксида церия. Катализатор может быть получен либо пропиткой цеолита водным раствором нитрата, галоида или сульфата церия, либо он может быть получен осуществлением ионного обмена. Смесь затем сушат и прокаливают при 300-600°C.

Уровень техники также показывает, что другие элементы могут образовать агрегацию с пористым материалом с получением каталитического материала. Например, патент США 5804526 относится к адсорбенту, который показывает превосходную адсорбционную способность по отношению к оксидам азота. Адсорбент может быть получен, например, агрегированием оксида церия и цеолита. Содержание оксида церия в катализаторе находится в интервале 10-80 мас.% по отношению к общему эквивалентному содержанию цеолита и оксида церия. Адсорбент получают из смеси кристаллических частиц оксида церия и цеолитных частиц деалюминизированного цеолита ZSM-5, где кристаллические частицы оксида церия состоят из поликристаллических агрегатов, имеющих средний размер кристаллических зерен менее 500Å. В агрегированном состоянии кристаллические частицы оксида церия являются прилегающими к поверхностям цеолитных частиц.

Имеются несколько патентов, которые рассматривают использование каталитического покрытия на пористой металлической или подобной подложке для удаления газов. Патент США 4900712 относится к адсорбции одного или более каталитически активных оксидов на глиноземе с высокой площадью поверхности. Способ получения каталитического покрытия включает использование метода коллоидного нанесения однородно легированных оксидов на глинозем с высокой площадью поверхности. Коллоидные дисперсии получают, взяв водный раствор соли нитрата металла и превращая соль нитрата металла в коллоид оксида металла ионообменной смолой. Коллоидную дисперсию оксида суспендируют с глиноземом, где коллоидные частицы оксида адсорбируются на глиноземе. Для того чтобы сохранить сцепление каталитического покрытия на подложке и обеспечить сохранение высокой площади поверхности на катализаторе, легирующий оксид ограничивают до менее примерно 20 мас.% по отношению к общему эквивалентному содержанию глинозема и легирующего оксида.

Патенты США 5431887 и 5556819 относятся к фильтрам с пламягасящим покрытием для использования в каталитических устройствах удаления дыма жаровен. Фильтр покрывают суспензией глинозема (может быть использован цеолит или смесь обоих) и коллоидно диспергированным оксидом церия; причем оксид церия действует как связующее. Коллоидную дисперсию оксида церия получают с использованием высоких температур в течение длительных периодов времени, как описано в вышеуказанном патенте США 4900712.

Имеется, однако, потребность в способе, который дает стабильный свободносыпучий каталитический микропористый мелкодисперсный материал с покрытием из оксида металла с различным содержанием и устраняет недостатки уровня техники.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение предусматривает эффективный способ получения стабильного каталитического микропористого мелкодисперсного материала для использования в очистке ряда газообразных и пылевидных выделений в различных областях техники.

Согласно аспекту настоящего изобретения предусматривается способ получения каталитического микропористого мелкодисперсного материала с покрытием из оксида редкоземельного металла, имеющего более 20 мас.% оксида редкоземельного металла, нанесенного на наружные поверхности указанного микропористого мелкодисперсного материала, по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида редкоземельного металла и микропористого мелкодисперсного материала, содержащий стадии:

i) комбинирования количества коллоидной дисперсии гидрата оксида редкоземельного металла с совместимым микропористым мелкодисперсным материалом с образованием суспензии, причем количество коллоидной дисперсии является достаточным для обеспечения при термообработке на стадии (ii) более 20 мас.% оксида редкоземельного металла, причем указанный микропористый мелкодисперсный материал имеет средний размер пор менее 20 Å, и указанная коллоидная дисперсия имеет размер частиц не менее 20 Å с размещением в результате указанной коллоидной дисперсии на указанных наружных поверхностях указанного микропористого мелкодисперсного материала;

(ii) термообработки указанной суспензии при температуре ниже примерно 200°C, выше примерно 400°C или последовательной их комбинации, где указанную суспензию подвергают термообработке, во-первых, при температурах ниже примерно 200°C и, во-вторых, выше примерно 400°C для фиксации полученного оксида редкоземельного металла на указанных наружных поверхностях указанного микропористого мелкодисперсного материала с получением свободносыпучего мелкодисперсного материала.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предпочтительно микропористым мелкодисперсным материалом является совместимый алюмосиликат. Наиболее предпочтительно микропористым мелкодисперсным материалом является совместимый цеолит.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предпочтительно оксид редкоземельного металла выбран из группы, состоящей из оксидов лантанидных металлов, иттрия, скандия и их смеси. Наиболее предпочтительно оксидом редкоземельного металла является оксид церия.

В еще одном аспекте настоящего изобретения коллоидная дисперсия является кристаллической и имеет рН менее 4,2.

В еще одном аспекте настоящего изобретения способ содержит дополнительную стадию (iii), которая включает измельчение указанного микропористого мелкодисперсного материала с покрытием из оксида редкоземельного металла с получением размеров частиц в интервале 1-25 мкм.

В еще одном аспекте настоящего изобретения суспензию предпочтительно подвергают термообработке с использованием технологии сушки распылением, сушки на поддонах, сушки вымораживанием, сушки с удалением растворителя, распылительной сушки в вакууме или их комбинации.

В еще одном аспекте настоящего изобретения коллоидную дисперсию предпочтительно сушат до геля и затем восстанавливают в воде с образованием указанной коллоидной дисперсии, используемой на стадии (i).

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предусматривается способ получения каталитического мелкодисперсного цеолитного материала с покрытием из оксида редкоземельного металла, имеющего не менее 1 мас.% указанного оксида редкоземельного металла, нанесенного на наружные поверхности указанного цеолитного мелкодисперсного материала, по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида редкоземельного металла и цеолита, содержащий стадии:

i) комбинирования количества коллоидной дисперсии гидрата оксида редкоземельного металла с совместимым цеолитным мелкодисперсным материалом с образованием суспензии, причем количество коллоидной дисперсии является достаточным для обеспечения при термообработке на стадии (ii) более 1,0 мас.% оксида редкоземельного металла, причем указанный цеолитный мелкодисперсный материал имеет средний размер пор менее 20 Å, и указанная коллоидная дисперсия имеет размер частиц не менее 20 Å с размещением в результате указанной коллоидной дисперсии на указанных наружных поверхностях указанного цеолита;

(ii) термообработки указанной суспензии при температуре ниже примерно 200°C для фиксации полученного оксида редкоземельного металла на указанных наружных поверхностях указанного цеолитного мелкодисперсного материала с получением свободносыпучего мелкодисперсного материала.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предусматривается способ получения каталитического мелкодисперсного цеолитного материала с покрытием из оксида редкоземельного металла, имеющего не менее 1 мас.% указанного оксида редкоземельного металла, нанесенного на наружные поверхности указанного цеолитного мелкодисперсного материала, по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида редкоземельного металла и цеолита, содержащий стадии:

i) комбинирования количества коллоидной дисперсии гидрата оксида редкоземельного металла с совместимым цеолитным мелкодисперсным материалом с образованием суспензии, причем количество коллоидной дисперсии является достаточным для обеспечения при термообработке на стадии (ii) более 1,0 мас.% оксида редкоземельного металла, причем указанный цеолитный мелкодисперсный материал имеет средний размер пор менее чем приблизительно 20Å, и указанная коллоидная дисперсия имеет размер частиц не менее чем приблизительно 20 Å с размещением в результате указанной коллоидной дисперсии на указанных наружных поверхностях указанного цеолита;

(ii) термообработки указанной суспензии при температуре ниже примерно 200°C, выше примерно 400°С до примерно ниже 550°C или последовательной их комбинации, где указанную суспензию подвергают термообработке, во-первых, при температурах ниже примерно 200°C и, во-вторых, выше примерно 400°C, но ниже примерно 550°C, для фиксации полученного оксида редкоземельного металла на указанных наружных поверхностях указанного цеолитного мелкодисперсного материала с получением свободносыпучего мелкодисперсного материала.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предусматривается способ получения каталитического мелкодисперсного цеолитного материала с покрытием из оксида церия, имеющего не менее 1 мас.% указанного оксида церия, нанесенного на наружные поверхности указанного цеолитного мелкодисперсного материала, по отношению к общему эквивалентному содержанию церия и цеолита, содержащий стадии:

i) комбинирования количества коллоидной дисперсии гидрата оксида церия с совместимым цеолитным мелкодисперсным материалом с образованием суспензии, причем количество коллоидной дисперсии является достаточным для обеспечения при термообработке на стадии (ii) более 1,0 мас.% оксида церия, причем указанный цеолитный мелкодисперсный материал имеет средний размер пор менее чем приблизительно 20 Å, и указанная коллоидная дисперсия имеет размер частиц не менее чем приблизительно 20Å с размещением в результате указанной коллоидной дисперсии на указанных наружных поверхностях указанного цеолита;

(ii) термообработки указанной суспензии при температуре ниже примерно 200°C и выше примерно 400°С до примерно ниже 550°C или последовательной их комбинации, где указанную суспензию подвергают термообработке, во-первых, при температурах ниже примерно 200°C и, во-вторых, выше примерно 400°C, но ниже 550°C, для фиксации полученного оксида церия на указанных наружных поверхностях указанного цеолитного мелкодисперсного материала с получением свободносыпучего мелкодисперсного материала.

Еще в одном аспекте настоящего изобретения предусматривается способ получения каталитического мелкодисперсного цеолитного материала с покрытием из оксида редкоземельного металла, имеющего не менее 1 мас.% указанного оксида редкоземельного металла, нанесенного на наружные поверхности указанного цеолитного мелкодисперсного материала, по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида редкоземельного металла и цеолита, содержащий стадии:

i) комбинирования количества коллоидной дисперсии гидрата оксида редкоземельного металла с совместимым цеолитным мелкодисперсным материалом, имеющим рН менее примерно 4,2, с образованием суспензии, причем количество коллоидной дисперсии является достаточным для обеспечения при термообработке на стадии (ii) более 1,0 мас.% оксида редкоземельного металла, причем указанный цеолитный мелкодисперсный материал имеет средний размер пор менее чем примерно 20 Å, и указанная коллоидная дисперсия имеет размер частиц не менее чем примерно 20 Å с размещением в результате указанной коллоидной дисперсии на указанных наружных поверхностях указанного цеолита;

(ii) термообработки указанной суспензии при температуре ниже примерно 200°C, выше примерно 400°C или последовательной их комбинации, где указанную суспензию подвергают термообработке, во-первых, при температурах ниже примерно 200°C и, во-вторых, выше примерно 400°C, для фиксации полученного оксида редкоземельного металла на указанных наружных поверхностях указанного цеолитного мелкодисперсного материала с получением свободносыпучего мелкодисперсного материала.

Еще в одном аспекте настоящего изобретения оксид редкоземельного металла, нанесенный на наружную поверхность, находится в интервале примерно 1,0-75 мас.%, предпочтительно, в интервале примерно 20-70 мас.%, по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида редкоземельного металла и цеолита.

Еще в одном аспекте настоящего изобретения коллоидную дисперсию получают в определенном регулируемом интервале размеров коллоидных частиц 20-50 Å, 50-70 Å или 100-150 Å.

Еще в одном аспекте настоящего изобретения получение коллоидной дисперсии, имеющей определенный размер частиц приблизительно 20-50 Å, содержит стадии:

а) смешения основания и перекиси водорода с раствором гидролизующейся соли редкоземельного металла с получением раствора гидроксида редкоземельного металла;

b) добавления сильной кислоты к указанному раствору гидроксида редкоземельного металла с получением коллоидной дисперсии гидрата оксида редкоземельного металла, в котором сильная кислота способна деагрегировать коллоидную дисперсию гидрата оксида редкоземельного металла.

Еще в одном аспекте настоящего изобретения получение коллоидной дисперсии, имеющей определенный размер частиц 50-70 Å, содержит стадии:

а) смешения основания с раствором гидролизующейся соли редкоземельного металла, посредством барботирования воздуха через раствор, с получением раствора гидроксида редкоземельного металла;

b) добавления сильной кислоты к указанному раствору гидроксида редкоземельного металла с получением коллоидной дисперсии гидрата оксида редкоземельного металла, в котором сильная кислота способна деагрегировать коллоидную дисперсию гидрата оксида редкоземельного металла.

Еще в одном аспекте настоящего изобретения получение коллоидной дисперсии, имеющей определенный размер частиц 100-150 Å, содержит стадии:

а) смешения основания с раствором гидролизующейся соли редкоземельного металла, где редкоземельный металл имеет два состояния окисления;

b) обеспечения медленного окисления на воздухе раствора гидролизующейся соли редкоземельного металла с получением раствора гидроксида редкоземельного металла;

с) добавления сильной кислоты к раствору гидроксида редкоземельного металла с получением коллоидной дисперсии гидрата оксида редкоземельного металла, где сильная кислота способна деагрегировать коллоидную дисперсию гидрата оксида редкоземельного металла.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предусматривается цеолитный свободносыпучий мелкодисперсный материал с покрытием из оксида каталитического редкоземельного металла, содержащий:

цеолитный мелкодисперсный материал;

оксид редкоземельного металла;

где указанный цеолитный мелкодисперсный материал имеет средний размер пор менее 20 Å;

более 20 мас.% указанного оксида редкоземельного металла нанесено на наружные поверхности указанного цеолитного мелкодисперсного материала по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида редкоземельного металла и цеолита.

Еще в одном аспекте настоящего изобретения обычно менее 30 мас.% оксида редкоземельного металла (по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида редкоземельного металла) выщелачивается в воду, когда свободносыпучий цеолитный мелкодисперсный материал с покрытием из оксида редкоземельного металла суспендируют в воде.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предусматривается способ получения каталитического микропористого мелкодисперсного материала с покрытием из оксида редкоземельного металла, имеющего оксид редкоземельного металла, нанесенный на наружные поверхности указанного микропористого мелкодисперсного материала, содержащий стадии:

i) комбинирования количества коллоидной дисперсии гидрата оксида редкоземельного металла с совместимым микропористым мелкодисперсным материалом с образованием суспензии, причем указанный микропористый мелкодисперсный материал имеет средний размер пор меньше размера частиц указанной коллоидной дисперсии с размещением в результате указанной коллоидной дисперсии на наружных поверхностях указанного микропористого мелкодисперсного материала;

(ii) термообработки указанной суспензии для фиксации оксида редкоземельного металла на наружных поверхностях микропористого мелкодисперсного материала.

В одном варианте указанная термообработка содержит нагревание указанной суспензии при температуре, достаточной для отвода достаточного количества воды из указанной суспензии, с образованием свободносыпучего мелкодисперсного материала. Предпочтительно указанная термообработка дополнительно содержит прокаливание указанного свободносыпучего мелкодисперсного материала.

В другом варианте указанная термообработка содержит нагревание указанной суспензии до сухого прокаленного порошка в одну стадию.

В другом варианте указанная суспензия содержит нитратные ионы, и указанную термообработку проводят при температуре, достаточной для разложения, по меньшей мере, части нитратных ионов на газообразные компоненты.

В другом варианте указанный способ содержит измельчение указанного микропористого мелкодисперсного материала с покрытием из оксида редкоземельного металла с получением размеров частиц в интервале 1-25 мкм. Должно быть отмечено, что могут быть использованы другие интервалы размеров частиц. В частности, измельчением могут быть получены более мелкие частицы, например 0,5-1 мкм частицы. Выбор размера частиц основан на предполагаемом использовании покрытого микропористого мелкодисперсного материала и способности работать с измельченными частицами.

Подробное описание предпочтительных вариантов

Соответственно, настоящее изобретение относится к новому способу, в результате которого получают свободносыпучий каталитический микропористый мелкодисперсный материал, совместимый с покрытием из оксида редкоземельного металла. Предпочтительно совместимым микропористым материалом является совместимый алюмосиликат, такой как совместимый цеолитный мелкодисперсный материал.

В настоящем изобретении редкоземельные металлы определены как скандий, иттрий и лантанидные металлы.

В одном варианте настоящего изобретения способ получения микропористого мелкодисперсного материала с покрытием из оксида редкоземельного металла содержит стадии:

i) комбинирования количества коллоидной дисперсии гидрата оксида редкоземельного металла с совместимым микропористым мелкодисперсным материалом с образованием суспензии, так что количество коллоидной дисперсии является достаточным для обеспечения при термообработке на стадии (ii) определенного процентного содержания по массе оксида редкоземельного металла,

(ii) термообработки указанной суспензии для фиксации полученного оксида редкоземельного металла на наружных поверхностях микропористого мелкодисперсного материала с получением свободносыпучего мелкодисперсного материала.

Совместимый микропористый материал определяется как материал, который поддерживает совместимость с коллоидной дисперсией так, что коллоидная дисперсия остается цельной (т.е. мелкодисперсный материал остается по существу в дисперсной форме). Если коллоидная дисперсия образует хлопья в значительной степени перед сушкой, тогда суспензия может не дать образования свободносыпучего порошка при сушке суспензии (такой как в распылительной сушилке) и продукт может не быть гомогенным. Соответственно, микропористый материал выбирают так, чтобы не вызвать никакого значительного хлопьеобразования коллоидных частиц в дисперсии и предпочтительно никакого или по существу никакого хлопьеобразования коллоидных частиц в дисперсии. Некоторые факторы, которые определяют совместимость микропористого материала и коллоидной дисперсии, включают, но не ограничиваются этим: рН микропористого материала и присутствие ионизующихся солей, таких как нитрат аммония. Если рН является слишком высоким, тогда коллоиды будут образовывать хлопья. В таком случае при снижении рН коллоиды могут диспергироваться в жидкости.

Предпочтительно совместимым микропористым мелкодисперсным материалом является совместимый алюмосиликат и более предпочтительно совместимый цеолитный мелкодисперсный материал. Совместимый цеолитный мелкодисперсный материал, который может быть использован в настоящем изобретении, включает (но не ограничивается этим) силикалитные цеолиты, X, Y и L цеолиты, фоязиты ((Na₂ , Ca, Mg)₂₉[Al₅₈Si ₁₃₄O₃₈₄]·240 H ₂O; кубическая форма), -цеолиты (Na_n[Al_n Si_64-nO₁₂₈] с n < 7; тетрагональная форма), морденитные цеолиты (Na ₈[Al₈Si₄₀O ₉₆]·24H₂O; орторомбическая форма), ZSM цеолиты (Na_n[Al_n Si_96-nO₁₉₂]·16H ₂O с n < 27; орторомбическая форма) и их смеси. Предпочтительно цеолиты являются гидрофобными, слабогидрофобными цеолитами или их смесями, которые имеют сродство к гидрофобным и слабогидрофобным органическим соединениям. Цеолиты, имеющие рН менее 4,2, являются также высоко предпочтительными для поддержания совместимости с коллоидной дисперсией. Могут быть использованы цеолиты, имеющие более высокие рН, поэтому цеолит смешивают с водой и добавляют кислоту для снижения рН до желаемого уровня рН.

Используемые цеолитные материалы могут также характеризоваться следующей формулой:

M_mM _nM _p[aAlO₂ bSiO₂ cTO₂],

в которой

М представляет одновалентный катион,

M представляет двухвалентный катион,

M представляет трехвалентный катион,

a, b, c, n, m и р представляют числа, которые отражают стехиометрические пропорции,

c, m, n или р также могут быть нулем,

Al и Si представляют тетраэдрально координированные атомы Al и Si,

Т представляет тетраэдрально координированный атом, способный замещать Al или Si,

отношение b/a цеолита или цеолитоподобного материала имеет значение от примерно 5 до примерно 300, и размер микропор цеолита находится в интервале 5-13 Å.

Предпочтительно используемым оксидом редкоземельного металла является оксид лантанидного металла, иттрия, скандия или их смесь. Более предпочтительно, оксидом редкоземельного металла является оксид церия.

Коллоидные дисперсии редкоземельных металлов, используемые в настоящем изобретении, получают, но, не ограничиваясь этим из следующих солей редкоземельных металлов: YCl₃, Y₂ (CO₃)₃, Y(C ₂H₃O₂) ₃, Y(NO₃)₃, CeCl₃, Ce₂(CO ₃)₃, Ce(C₂H ₃O₂)₃, Ce(ClO ₄)₃ и Ce(NO₃ )₃. Предпочтительно коллоидную дисперсию редкоземельных металлов получают в определенном интервале размеров частиц от 20 до 150 Å. В общем случае коллоидную дисперсию получают смешением водной суспензии соли редкоземельного металла с кислотой с получением гидролизующейся соли. Предпочтительными кислотами являются азотная кислота и хлористоводородная кислота. Альтернативно, если исходной солью металла является нитрат или хлорид, данная стадия смешения нитратной или хлоридной соли является ненужной. При любом подходе получаемая гидролизующаяся соль, такая как нитрат металла или хлорид металла, гидролизуется. Предпочтительно она гидролизуется и окисляется при добавлении смеси гидроксида аммония и перекиси водорода. Получают гидроксид металла и смешивают с водой и сильной кислотой с получением суспензии. Сильной кислотой может быть, например, азотная кислота, хлористоводородная кислота или перхлорная кислота, и она является способной деагрегировать получаемый нерастворимый гидрат металла. Остаток от суспензии затем смешивают с водой с получением коллоидной дисперсии оксида металла. Когда в качестве сильной кислоты используют азотную кислоту, мольное отношение нитратных ионов к оксиду редкоземельного металла в указанной коллоидной дисперсии находится в интервале 0,1-1,0, предпочтительно 0,1-0,5 и наиболее предпочтительно 0,12-0,25.

В вариантах коллоидная дисперсия может быть получена в определенном интервале размеров частиц от 20 до 150 Å. Размер частиц регулируют параметрами осаждения и окисления, используемыми для получения коллоидной дисперсии. В конкретных вариантах основание и, необязательно, перекись водорода добавляют для окисления раствора гидролизующейся соли редкоземельного металла с получением дисперсии гидрата редкоземельного металла, и в зависимости от того:

(i) проводят ли реакцию в горячих или холодных условиях,

(ii) проводят ли реакцию с продувкой воздухом;

(iii) какой концентрации является раствор, содержащий гидрат редкоземельного металла,

(iv) добавляют ли основание к соли, или наоборот,

размер кристаллитов может варьироваться от 20 до 100Å. В других частных вариантах для получения более крупных частиц, таких как 100-150Å, основание добавляют к раствору гидролизующейся соли редкоземельного металла и позволяют медленно окисляться на воздухе.

В одном варианте коллоидную дисперсию получают в определенном интервале размеров частиц 20-50Å. Гидроксид аммония и перекись водорода смешивают с раствором нитрата церия, получая раствор гидроксида церия. Затем азотную кислоту добавляют к раствору гидроксида церия (IV) и получают в результате коллоидную дисперсию 20-50 Å частиц гидрата оксида церия и нитратных ионов. Предпочтительно мольное отношение нитратных ионов к оксиду церия в указанной коллоидной дисперсии находится в интервале 0,12-0,25. Допустимы другие варианты, в которых могут быть использованы взамен любая подходящая гидролизующаяся соль редкоземельного металла или их смеси, могут быть использованы взамен любые подходящие сильные кислоты, способные деагрегировать получаемый нерастворимый гидрат редкоземельного металла, такие как хлористоводородная кислота или перхлорная кислота, и может быть использовано взамен любое подходящее основание, такое как гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид тетраэтиламмония. Предпочтительно основание имеет рН более 4. Более предпочтительно основание выбрано из группы, состоящей из гидроксида аммония и его производных. Когда в качестве основания используют гидроксид натрия или калия, натрий и калий являются трудными для удаления из осажденных частиц гидрата. Поэтому требуются несколько промывок частиц.

В другом варианте гидроксид аммония смешивают с раствором нитрата церия и смесь продувают воздухом, например, воздух барботирует через смесь. Получают в результате раствор гидроксида церия (IV) и затем добавляют азотную кислоту, образуется коллоидная дисперсия 50-70Å частиц гидрата оксида церия и нитратных ионов. Предпочтительно мольное отношение нитратных ионов к оксиду церия в указанной коллоидной дисперсии находится в интервале 0,12-0,25. Допустимыми являются другие варианты, в которых могут быть использованы взамен любая подходящая гидролизующаяся соль редкоземельного металла или их смеси, любые подходящие сильные кислоты и любое подходящее основание, как указано выше.

В другом варианте гидроксид аммония смешивают с раствором нитрата церия, где смесь медленно окисляется на воздухе, например, при оставлении при комнатной температуре на несколько дней с получением раствора гидроксида церия (IV). Затем к раствору добавляют азотную кислоту и получают в результате коллоидную дисперсию 100-150 Å частиц гидрата оксида церия и нитратных ионов. Предпочтительно мольное отношение нитратных ионов к оксиду церия в указанной коллоидной дисперсии находится в интервале 0,12-0,25. Допустимыми являются другие варианты, в которых могут быть использованы взамен любая подходящая гидролизующаяся соль редкоземельного металла или их смеси, любые подходящие сильные кислоты и любое подходящее основание, как указано выше.

Соли трехвалентного и/или четырехвалентного церия могут быть превращены в коллоиды церия (IV) относительно легко. В другом варианте дисперсию получают смешением водной суспензии карбоната церия с азотной кислотой. Получаемый нитрат церия гидролизуется и окисляется в результате добавления смеси гидроксида аммония и перекиси водорода. Получают гидроксид церия и смешивают с водой и азотной кислотой с получением цериевой коллоидной дисперсии, которая содержит частицы гидрата оксида церия и нитратные ионы. Цериевую коллоидную дисперсию затем добавляют к совместимому цеолиту с образованием суспензии, которую подвергают термообработке при температуре, как описано выше, с получением свободносыпучего мелкодисперсного материала.

В общем случае суспензия коллоидной дисперсии гидрата оксида редкоземельного металла и совместимого микропористого мелкодисперсного материала является довольно стабильной. Установлено, что суспензия является устойчивой к коагуляции и химическим изменениям, таким как химические реакции, растворение, изменения рН и изменения проводимости.

Микропористый мелкодисперсный материал имеет средний размер пор, который является меньше среднего размера частиц коллоидной дисперсии, так что коллоидная дисперсия может быть размещена на наружных поверхностях материала. Предпочтительно материал имеет средний размер пор менее чем примерно 20Å, а коллоидная дисперсия имеет средний размер частиц не менее чем примерно 20Å. Более предпочтительно материал имеет средний размер пор менее чем примерно 10Å.

Предпочтительно более 20 мас.% оксида редкоземельного металла (по отношению к общему эквивалентному содержанию микропористого мелкодисперсного материала и оксида редкоземельного металла) нанесено на наружные поверхности микропористого мелкодисперсного материала. Высокое содержание оксида редкоземельного металла, нанесенного на наружную поверхность, обеспечивается предпочтительно в интервале от примерно 20 до примерно 70 мас.% по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида редкоземельного металла и микропористого мелкодисперсного материала. Свободносыпучий мелкодисперсный материал, т.е. микропористый мелкодисперсный материал, имеющий высокое содержание оксида редкоземельного металла, является неожиданно вполне стабильным.

Стабильность свободносыпучего мелкодисперсного материала определяют по выщелачиваемости микропористого мелкодисперсного материала с покрытием из оксида редкоземельного металла; низкая выщелачиваемость эквивалентна случаю стабильного мелкодисперсного материала. Выщелачиваемость определяется количеством оксида редкоземельного металла, которое растворяется (выщелачивается) в воде, когда микропористый мелкодисперсный материал с покрытием из оксида редкоземельного металла суспендируют в воде.

Микропористый мелкодисперсный материал с покрытием из оксида редкоземельного металла может быть подвергнут термообработке при ряде температур и комбинаций температур при сохранении своей стабильности. В частных вариантах, когда микропористый мелкодисперсный материал с покрытием из оксида редкоземельного металла подвергают термообработке при температурах ниже примерно 200 °C и суспенспендируют в воде, неожиданно очень мало оксида редкоземельного металла выщелачивается. Поскольку материал обрабатывался при таких низких температурах, ожидалось, что оксид редкоземельного металла полностью растворится в воде. Было установлено, однако, что обычно менее 30 мас.% оксида редкоземельного металла (по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида редкоземельного металла) выщелачивается в воде, что показывает, что мелкодисперсный материал является довольно стабильным при термообработке при температурах ниже примерно 200°C. Когда микропористый мелкодисперсный материал с покрытием из оксида редкоземельного металла термообрабатывают при температурах выше примерно 400°C и суспендируют в воде, установлено, что обычно менее 0,1 мас.% оксида редкоземельного металла (по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида редкоземельного металла) выщелачивается в воде. Указанные результаты справедливы как для высокого, так и для низкого содержания. В отличие от подхода прототипа настоящий подход работает хорошо с обеспечением ряда содержаний, включая высокие содержания (более примерно 20 мас.% оксида редкоземельного металла) с использованием ряда температур до примерно 900°C, включая последующие температуры, без нарушения высокой площади поверхности или каталитической активности материала.

В предпочтительном варианте получаемая суспензия по способу настоящего изобретения может подвергаться термообработке при температурах ниже примерно 200°C, выше примерно 400°C или их последовательной комбинации, где суспензию обрабатывают, во-первых, при температурах ниже примерно 200°C и, во-вторых, выше примерно 400°C. Предпочтительно суспензию подвергают термообработке при температуре ниже примерно 200°C и затем последовательно при температуре выше примерно 400°C. Более предпочтительно суспензию подвергают термообработке при температуре от примерно 85°C до примерно 105°C и затем последовательно при температуре выше примерно 400°C, где суспензию нагревают со скоростью 100°C/ч до достижения температуры выше примерно 400°C. В данной точке температуру выдерживают не менее 1 ч. Худшие результаты имеют место для микропористого мелкодисперсного материала с покрытием из оксида редкоземельного металла, если его подвергают термообработке только при температуре между примерно 200°C и примерно 400°С в течение коммерчески допустимого периода времени, обычно 5 ч. Хотя можно нагревать микропористый мелкодисперсный материал с покрытием из оксида редкоземельного металла при температуре между примерно 200°C и примерно 400°C в течение нескольких недель, при этом имеют место аналогичные результаты, это не является целесообразным для получения микропористого мелкодисперсного материала с покрытием из оксида редкоземельного металла.

Вне связи с какой-либо конкретной теорией считается, что, когда коллоидная дисперсия гидрата оксида редкоземельного металла смешивается с совместимым микропористым материалом с образованием суспензии, противоионы сильной кислоты, используемой при получении коллоидной дисперсии (например, нитратные ионы), мигрируют в поры микропористого материала и оксид редкоземельного металла фиксируется на наружных поверхностях микропористого материала, так что оксид редкоземельного металла не является больше вододиспергируемым. Считается, что, когда стадию сушки осуществляют при низких температурах, т.е. ниже примерно 200°C, это увеличивает фиксацию оксида редкоземельного металла на наружных поверхностях микропористого материала и микропористый мелкодисперсный материал с покрытием из оксида редкоземельного металла является нерастворимым в воде. Если, однако, стадия сушки имеет место между примерно 200°C и примерно 400°C в течение коммерчески допустимого периода времени, обычно 5ч, считается, что противоионы высвобождаются из пор микропористого материала и способны рекомбинировать с компонентом оксида редкоземельного металла с повторным образованием вододиспергируемого оксида редкоземельного металла. Суммарно это будет ухудшать микропористый мелкодисперсный материал с покрытием из оксида редкоземельного металла, если он растворяется в воде. Другими словами, оксид редкоземельного металла будет выщелачиваться в воде, ухудшая микропористый мелкодисперсный материал с покрытием из оксида редкоземельного металла. При продолжении нагревания выше примерно 400°C предполагается, что противоионы разлагаются на газообразные компоненты, которые высвобождаются из пор микропористого мелкодисперсного материала с покрытием из оксида редкоземельного металла, так что материал остается нерастворимым в воде.

Соответственно, в одном варианте суспензия подвергается термообработке для фиксации оксида редкоземельного металла на наружных поверхностях микропористого материала. Стадия фиксирующей термообработки может содержать стадию сушки и/или стадию прокаливания.

На стадии сушки суспензию предпочтительно нагревают при температуре и в течение периода времени, достаточных для получения сухого порошка (т.е. отвода, по меньшей мере, части и более предпочтительно всей или по существу всей воды из суспензии). Предпочтительно раствор сушат (например, распылительной сушкой) при температуре ниже примерно 200°C. В большинстве случаев стадия сушки включает либо сушку распылением, сушку на поддонах, сушку вымораживанием, сушку с удалением растворителя, распылительную сушку в вакууме, либо их комбинации.

На стадии прокаливания суспензию или высушенный порошок предпочтительно нагревают при температуре и в течение периода времени, достаточных для удаления или разложения, по меньшей мере, части противоионов и более предпочтительно всех или по существу всех противоионов из полученного высушенного микропористого материала. В ходе указанного процесса оставшаяся вода (если суспензия не была уже подвергнута начальному процессу низкотемпературной сушки) удаляется и, по меньшей мере, часть противоионов разлагается и более предпочтительно все или по существу все противоионы разлагаются на газообразные компоненты. Предпочтительно раствор сушат распылением и прокаливают в одну технологическую стадию, такую как сушка распылением в обжиговой печи. Однако указанная термообработка может быть осуществлена в две стадии, такие как начальная стадия сушки (например, с помощью распылительной сушки) с последующей стадией прокаливания.

В другом варианте предпочтительным редкоземельным металлом, используемым в вышеуказанном способе, является церий, а предпочтительным совместимым микропористым материалом является совместимый цеолитный мелкодисперсный материал. Может иметься более 1 мас.% по отношению к общему эквивалентному содержанию цеолита и оксида церия, оксида церия, нанесенного на наружные поверхности цеолитного мелкодисперсного материала. Высокое содержание оксида церия, нанесенного на наружную поверхность, обеспечивается обычно в интервале от примерно 20 до примерно 70 мас.% по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида церия и цеолита. Цеолитный мелкодисперсный материал, имеющий высокое содержание оксида церия, является неожиданно довольно стойким. Когда цеолитный мелкодисперсный материал с покрытием из оксида церия подвергают термообработке при температурах ниже примерно 200°C и суспендируют в воде, выщелачивается неожиданно очень мало оксида церия. Установлено, что обычно менее 30 мас.% оксида церия (по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида церия) выщелачивается в воде, что показывает, что мелкодисперсный материал является довольно стабильным даже при термообработке при температурах ниже примерно 200°C. Когда цеолитный мелкодисперсный материал с покрытием из оксида церия суспендируют в воде, установлено, что обычно менее 0,1 мас.% оксида церия (по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида церия) выщелачивается в воде.

Предпочтительно суспензию сушат распылением при температуре ниже примерно 200°C. В большинстве случаев стадия термообработки включает либо сушку распылением, сушку на поддонах, сушку вымораживанием, сушку с удалением растворителя, распылительную сушку в вакууме, либо их комбинации.

Цеолитный мелкодисперсный материал имеет средний размер пор, который является меньше среднего размера частиц коллоидной дисперсии гидрата оксида церия, так что коллоидная дисперсия может быть размещена на наружных поверхностях цеолита. Предпочтительно цеолит имеет средний размер пор, который является меньше 20 Å, а коллоидная дисперсия оксида церия имеет размер частиц не менее 20 Å.

В предпочтительном варианте вышеуказанный способ вводит дополнительную стадию (iii) измельчения мелкодисперсного материала с обеспечением размера частиц в интервале 1-25 мкм.

Каталитические микропористые мелкодисперсные материалы с покрытием из оксида редкоземельного металла могут быть использованы в ряде различных применений. В одном аспекте изобретения микропористые мелкодисперсные материалы с покрытием из оксида редкоземельного металла могут быть введены в папиросную бумагу, охватывающую традиционный табачный пруток, для снижения выделения боковых потоков дыма. В частности, мелкодисперсный материал может быть использован в качестве наполнителя при изготовлении папиросной бумаги, импрегнирован в папиросную бумагу или нанесен в качестве покрытия (покрытий) или слоя (слоев) на наружную и/или внутреннюю поверхность папиросной бумаги. Альтернативно, обработанная бумага может быть использована в качестве многослойной обертки; т.е. обработанная бумага может быть нанесена в качестве наружной обертки поверх сигареты, имеющей традиционную папиросную бумагу.

В другом аспекте изобретения мелкодисперсный материал может быть использован для катализа отработанных газов при сгорании топлива, таких как автомобильные выхлопные газы. Современный автомобильный двигатель дает много загрязняющих агентов, обусловленных неполным сгоранием углеводородных топлив. Выхлопные газовые смеси обычно содержат СО, несгоревшие углеводороды и несколько тысяч ч./млн NO_x. Каталитические нейтрализаторы, которые снижают указанные три побочных продукта сгорания, называются тройными катализаторами. Другие применения включают покрытие на внутренних стенках самоочищающихся печей, каталитический крекинг, термические напыляемые покрытия и износостойкие уплотнения.

Катализатор, такой как оксид церия, имеет способность предоставлять кислород для завершения окисления углеводородов и СО в течение периодов, когда двигатель находится на сильном ходу. Когда двигатель находится на слабом ходу, церий окисляется до Се ⁴⁺, что сохраняет кислород. Когда начинается богатый топливом цикл, церий способен обратимо менять степень окисления с Се ⁴⁺ на Се³⁺, предоставляя кислород для химических реакций (например, превращая СО в СО ₂). Для катализатора, который должен быть способен работать эффективно при высоких температурах, которые существуют в выхлопной трубе, он должен иметь достаточную площадь поверхности для обеспечения достаточного количества активных участков для каталитических реакций. Микропористые мелкодисперсные материалы с покрытием из оксида церия, полученные в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивают высокую каталитическую площадь поверхности для осуществления достаточного катализа агентов загрязнения. Кроме того, оксид церия стабилизируется микропористыми мелкодисперсными материалами с обеспечением стойкости оксида к высоким температурам в выхлопной трубе.

Следующие примеры представлены для дополнительной иллюстрации различных аспектов настоящего изобретения. Указанные примеры предназначены быть только иллюстративными и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения.

ПРИМЕРЫ

Коллоидные дисперсии оксида церия

Пример 1

Карбонат церия (50 г, 99,9 % чистота), содержащий 69,3 мас.% эквивалента оксида церия, суспендируют в дистиллированной воде (0,1 л) и растворяют добавлением азотной кислоты (38,4 мл, 16 М). Полученный нейтральный раствор кипятят несколько минут, фильтруют для удаления следов нерастворенного твердого вещества и разбавляют до 1 л водой с получением раствора нитрата церия. Смесь, содержащую гидроксид аммония (40 мл, 18 М), перекись водорода (20 мл, "100 по объем") и воду (160мл), добавляют с перемешиванием к полученному и поддерживаемому при 75 °C раствору нитрата церия. Полученный нерастворимый темно-коричневый комплекс пероксида церия (IV) быстро меняется в цвете, и после окончания добавления смеси гидроксид аммония/перекись водорода получают светло-кремовый осадок гидроксида церия (IV), имеющий рН 7,0.

Осадок центрифугируют и промывают дважды при перемешивании избыточными объемами дистиллированной воды по 1 л. Выделенный осадок смешивают с дистиллированной водой (750 мл) и азотной кислотой (12,5 мл, 16 М) с получением мольного соотношения азотная кислота:оксид церия 1. Полученную суспензию нагревают при температуре примерно 70°С в течение 15 мин для деагрегации гидроксида церия (IV) и получают кондиционированную суспензию. рН кондиционированной суспензии составляет менее 1.

После охлаждения суспензию центрифугируют и остаток диспергируют в дистиллированной воде (150 мл) с получением полупрозрачного зеленоватого коллоидного раствора.

Пример 2

1 кг гидрата оксида церия (IV) (полученного от фирмы Rhone Poulenc) (приблизительно 72% оксида церия с соотношением нитрат:оксид церия 0,24) помещают в тигель (глубина слоя 3,0 см) и нагревают в течение 1 ч в муфельной печи при 320°С в воздухе. Полученный сухой порошок диспергируемого цериевого соединения (0,78 кг) имеет размер кристаллитов 59 Å, и соотношение нитрат:церий составляет 0,14.

100 г термообработанного порошка цериевого соединения диспергируют при перемешивании в горячей деминерализованной воде с образованием коллоидной дисперсии с концентрацией 450 г/л эквивалента оксида церия.

Пример 3

1,22 кг геля диспергируемого оксида церия (полученного от фирмы Advanced Materials Resources, Inc., Торонто, Канада и изготовленного, как описано в примере 1) смешивают в течение 30 мин с 5,5 л деминерализованной воды. Полученная коллоидная дисперсия содержит 200 г/л оксида церия. Коллоидная дисперсия имеет плотность 1,15 г/мл и рН 1,8.

Смешанные суспензии коллоидная дисперсия оксида церия - цеолит

Пример 4А

0,536 кг цеолитного порошка (торговая марка Zeolyst CBV 400, полученная от фирмы Zeolyst International, Пенсильвания, США; рН 3-5) добавляют с перемешиванием к 2,0 л коллоидной дисперсии оксида церия (180 г/л эквивалента оксида церия), полученной, как описано в примере 3. Тиксотропную смесь (плотность 1,30 г/мл, рН 3,8), содержащую номинально 44 мас.% оксида церия (по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида церия и цеолита) и 56 мас.% цеолита (по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида церия и цеолита), сушат распылением (температура на входе 180°C и температура на выходе 105°C) с получением свободносыпучего порошка геля.

Пример 4В

45 г цеолитного порошка (торговая марка Zeolyst CBV 400, полученная от фирмы Zeolyst International; рН 3-5) добавляют с перемешиванием к 0,5 л коллоидной дисперсии оксида церия (100 г/л эквивалента оксида церия), полученной, как описано в примере 3. Тиксотропную смесь (плотность 1,20 г/мл, рН 2,8), содержащую номинально 72 мас.% оксида церия (по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида церия и цеолита) и 28 мас.% цеолита (по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида церия и цеолита), сушат распылением (температура на входе 180°C и температура на выходе 105°C) с получением свободносыпучего порошка геля.

Пример 5

0,59 кг цеолитного порошка (торговая марка Zeolyst CBV 600, полученная от фирмы Zeolyst International; рН 3-5) добавляют с перемешиванием к 2,0 л коллоидной дисперсии оксида церия (180 г/л эквивалента оксида церия), полученной, как описано в примере 3. Тиксотропную смесь (плотность 1,28 г/мл, рН 3,3), содержащую номинально 44 мас.% оксида церия (по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида церия и цеолита) и 56 мас.% цеолита (по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида церия и цеолита), сушат распылением (температура на входе 180°C и температура на выходе 105°C) с получением свободносыпучего порошка геля.

Пример 6

0,36 кг цеолитного порошка (торговая марка Zeolyst CBV 300, полученная от фирмы Zeolyst International; рН 5-7) добавляют с перемешиванием к 0,50 л коллоидной дисперсии оксида церия (180 г/л эквивалента оксида церия), полученной, как описано в примере 3. Тиксотропную смесь (плотность 1,28 г/мл, рН 3,7), содержащую номинально 33 мас.% оксида церия (по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида церия и цеолита) и 67% масс. цеолита (по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида церия и цеолита), сушат распылением (температура на входе 180°C и температура на выходе 105°C) с получением свободносыпучего порошка геля.

Пример 7

Различные объемы цериевой коллоидной дисперсии, полученной, как описано в примере 3, смешивают с различными навесками цеолитного порошка (торговая марка Zeolyst CBV 720, полученная от фирмы Zeolyst International; рН 3-5). Смесь цериевой коллоидной дисперсии и цеолитного порошка дает суспензии, охватывающие различные композиции, показанные в табл.1.

Таблица 1
Образец исходной смеси	Оксид церия (мас.%) 1	Объем цериевой коллоидной дисперсии (л)	Масса циолита (г)	Общий объем (л)	Плотность суспензии (г/мл)	рН
1	33	0,75	350	0,92	1,33	3,3
2	44	1,00	300	1,15	1,27	3,1
3	54	1,25	250	1,40	1,24	3,0
4	64	1,50	200	1,60	1,22	2,9
5	72	1,00	90	1,025	1,20	2,8

¹ мас.% по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида церия и цеолита.

Сушка распылением смешанных образцов коллоидная дисперсия оксида церия - цеолит

Пример 8

Все образцы, полученные из примера 7, легко проходят через 150 мкм сито. Имеются небольшие количества случайно попавшего материала (< 1 %). Образцы исходной смеси оставляют выстаиваться в течение 24 ч при 22°C перед сушкой распылением. Образец 1 не показывает очевидного осаждения. Образцы 2-5 показывают осаждение; однако осадок легко повторно суспендируется при встряхивании или легком перемешивании.

Сушку распылением больших количеств образцов осуществляют с использованием распылительной сушилки Mobile Minor (номинальная испарительная способность 5 кг воды в час). Скорость подачи в распылительную сушилку составляет 1,7 л/ч, температура на входе составляет 220°C, и температура на выходе составляет 109-116°C. Исходные смеси перемешивают при распылении. В табл.2 показаны результаты сушки распылением.

Таблица 2
Образец исходной смеси	Масса образца для питания сушки распылением (кг)	Теоретический выход порошка геля (кг)	Фактический выход порошка геля (кг)	% извлечения
1	162,5	68,3	64,0	95
2	1,210	0,400	0,414	102 1
3	1,214	0,367	0,435	1181
4	1,620	0,439	0,435	99
5	1,065	0,268	0,235	87
Средний % извлечения				100

¹Данные выходы являются больше 100 % в результате последовательных реакций без промывки распылительной сушилки.

Порошки геля, как показано в табл.2, являются сферическими и свободносыпучими. Порошки геля исследуют термогравиметрическим анализом с определением предпочтительной температуры термообработки и затем подвергают термообработке при 500°C (порошок геля нагревают со скоростью 100°C/ч, пока он не достигнет температуры 500°C, когда температуру выдерживают не менее 1 ч), когда наблюдаются весовые потери и/или выделения NO _x. Количественная оценка указанных высушенных распылением порошков геля оксид церия-цеолит приведена в табл.3.

Таблица 3
Образец исходной смеси	мас.% оксида церия 1	Плотность выпущенной жидкости (г/мл)
1	33	0,55
2	44	0,56
3	54	0,68
4	64	0,80
5	72	0,94

¹ мас.% по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида церия и цеолита.

Поскольку плотность оксида церия является намного больше плотности цеолита, результаты экспериментов, показанных в табл.3, подтверждают, что оксид церия находится с порошком геля оксид церия-цеолит; когда мас.% оксида церия увеличивается, плотность увеличивается.

Невыщелачивающиеся порошки геля оксид церия-цеолит

Пример 9

10,0 г порошка геля оксид церия-цеолит (торговая марка Zeolyst CBV 720, полученная от фирмы Zeolyst International; рН 3-5), полученного, как описано в примере 8 (кроме термообработки при 500°C), и содержащего 4,4 г оксида церия (44 мас.% оксида церия), добавляют к 100 мл воды и нагревают при 70°C в течение приблизительно 10 мин. Данный раствор затем центрифугируют и к полученной прозрачной надосадочной жидкости (жидкость от выщелачивания) добавляют гидроксид аммония, который осаждает любой оксид церия, растворенный в надосадочной жидкости. Только 0,35 г оксида церия было найдено в жидкости от выщелачивания.

Пример 10

10,0 г порошка геля оксид церия-цеолит (торговая марка Zeolyst CBV 600, полученная от фирмы Zeolyst International; рН 3-5), полученного так же, как в примере 5 (кроме термообработки при 500°C), и содержащего 6,5 г оксида церия (65 мас.% оксида церия), добавляют к 50 мл воды и нагревают при 70°C в течение приблизительно 10 мин. Определяют проводимость и находят, что она составляет 10х10^-3 См.

Пример 11

10,0 г порошка геля оксид церия-цеолит (торговая марка Zeolyst CBV 600, полученная от фирмы Zeolyst International; рН 3-5), полученного так же, как в примере 5 (кроме термообработки при 500°C), и содержащего 4,4 г оксида церия (44 мас.% оксида церия), добавляют к 50 мл воды и нагревают при 70°C в течение приблизительно 10 мин. Определяют проводимость и находят, что она составляет 6,4х10^-3 См.

Увеличенная проводимость означает большее выщелачивание оксида церия, таким образом, примеры 10 и 11 показывают, что с увеличением содержания оксида церия проводимость увеличивается пропорционально, что означает большее выщелачивание оксида церия. Хотя выщелачивание увеличивается при более высоком содержании, было установлено, что образцы, термообработанные при температурах ниже примерно 200°C, обычно имеют менее 30 мас.% оксида церия (по отношению к общему эквивалентному содержанию оксида церия), выщелаченного в воде.

Данные примеры показывают широкий ряд процентных содержаний цеолитов с покрытием из оксида церия. Эксперименты показывают увеличенную корреляцию между высокими конечными плотностями цеолитов с покрытием из оксида церия и высокими содержаниями оксида церия. Неожиданно, стабильность указанных покрытых цеолитов, даже без термообработки цеолитов с покрытием из оксида церия выше 500°C, является довольно высокой, как показано в примерах 9 и 11.

Хотя предпочтительные варианты изобретения описаны здесь подробно, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что могут быть сделаны их изменения без отхода от сути изобретения или объема прилагаемой формулы изобретения.