專利名稱：：高溫催化分解氧化亞氮(N<sub>2</sub>O)的方法
技術領域：
：本發明涉及在載體上含金屬氧化物催化劑存在下，將氧化亞氮(N20)轉化成氮氣和氧氣。包括催化劑組合物、制備方法和氧化亞氮(N20)分解反應器。
背景技術：
：氧化亞氮(N20)是一種室溫氣體和臭氧消耗氣體，是制造己二酸和硝酸的副產物。人們己經開發了很多催化劑用于N20的消除和利用，如USA—5,705,136、DEA-A-9，819,882等。由N20(g)—N2(g)+y202(g)+82kJ可知，N20在分解時會放出大量的熱。以往研究的催化體系，更注重了在低溫條件下對N20的分解，而當N20分解放出的熱量使溫度超過500'C之后，催化劑就會失活，不能重復使用，而在800。C以上時N20的分解主要是以熱分解為主。因此，人們對耐高溫的N20分解用催化劑進行了研究，但目前關于這方面的研究還是很少的，如ZL—00804611.5、ZL—01803683.X、USA—6,723,295等。N20在分解時會放出大量的熱和氧氣，因此N20被人們用來做NOS(全稱NitrousOxideSystem,即氮氣加速系統)，可以在短時間內獲得很高的直線速度，而且隨著航天技術的進步和人們對環保的要求，N20被用來代替有毒的火箭推進劑。由于N20不會燃燒也無毒，在航天技術方面，N20的用處將相當廣泛，它不僅可以用于固液發動機，還可以用于冷氣推進、單組元推進、雙組元推進和電熱推進，推力從毫牛級到牛頓級以至千牛級；因為N20的分解產物是氧氣和氮氣，將氧氣收集起來，可以供航天員使用，因此，N20還可以作為飛船的氧源；同時，液態N20轉變為氣態時會吸收大量熱量，也可以作為飛船的冷源。不論N20用在NOS或火箭推進劑中，大流量N20分解時會放出大量的熱，使溫度可達到1000'C以上，這就對催化劑提出了耐高溫的要求，且在低溫下大流量重啟時依然具有催化分解N20的活性。
發明內容本發明的目的在于解決能經受N20分解產生的高溫，且在低溫下依然對N20的催化分解有高的活性以及催化分解N20的裝置。本發明可以解決耐高溫分解N20的催化劑問題，通過設計催化劑和N20的分解裝置來實現。本發明解決了高溫分解N20催化劑的制備方法，包括步驟如下a、將選好的載體，進行清潔之后于10014(TC干燥備用；b、將載體置入旋轉蒸發儀，在4080'C時把配好的活性組分金屬鹽的溶液按比例吸入到旋轉蒸發儀中混合；c、混合攪拌16小時，之后通過減壓蒸餾將溶劑除掉，得到固體顆粒；d、所得的前體催化劑放到坩堝中，在空氣氣氛中進行培燒，培燒程序為，第一段在一個小時內升溫到10020(TC，在此溫度下保持l6h，之后繼續升溫，在26h內升溫到500800°C，在這個溫度范圍內保持0.54h，之后再在18h內升溫到10001300°C，再保持0.52h，最后催化劑再自然狀況下冷卻。所用的載體為Al203、Zr02、Si02、MgO、Ce02等，載體使用前應清潔干凈。所選的活性金屬溶液為銅Cu、鐵Fe、鉬Mo、銥Ir、錳Mn、鈷Co、鎳Ni、鉻Cr、釕Ru、鈰Ce、銀Ag和鑭La等金屬離子溶液中的一種或多種。最終活性金屬組分的含量在010%(wt%)。本發明所制備的耐高溫催化分解N20的催化劑，在不同流量下可以重復啟活使用。氧化亞氮(N20)分解反應器，解決N20低溫啟活和高溫穩定分解的間歇進行，步驟如下-通過閥1、2和3連接溫度傳感器，進行N20分解開始時，先通過加熱爐絲將低溫助催化劑層加熱到催化分解N20的溫度時闊1和2打開，N20進入反應器開始分解，產生的熱量可是高溫主催化劑層的溫度達到催化N20分解的活性溫度，此時閥2和3通過溫度傳感器將閥2關閉同時將閥3打開，N20氣體將不再經過助催化劑層。通過溫度傳感器來實現控制三個閥門的打開順序，使N20通過低溫助催化劑和高溫催化劑組合來實現N20的間歇的催化分解。本發明的優選方案是催化劑中活性組分為Cu、Ir、Co等，且載體應預熱到一定溫度下再加入活性組分溶液。分解后的尾氣通過氣相色譜來分析其中N20的含量。圖l是氧化亞氮(N20)分解反應器裝置圖具體實施例方式下面的實施例對本發明的進一步說明，各實施例所用的試劑均為分析純級產品。本發明不僅僅局限于以下實施例。實施例一將清潔后的載體4.0克A1203(S12目)，置入旋轉蒸發儀上的梨型燒瓶中，在70'C時把配好的含有0.1克Cu(N03)2'H20、0.2克Co(N03)yH20和0.2克Ni(N03)rH20活性組分金屬鹽的溶液吸入到旋轉蒸發儀中混合；混合6小時，之后通過減壓蒸餾將溶劑除掉，得到固體顆粒；所得的固體顆粒放到坩堝中，在空氣氣氛中進行培燒，培燒程序為第一段在一個小時內升溫到150°C，在此溫度下保持6h，之后繼續升溫，在4h內升溫到60(TC，在這個溫度范圍內保持3h，之后再8h內升溫到110(TC，保持lh,最后催化劑自然狀況下冷卻。制得催化劑l。實施例二按照實施例一的步驟將0.1克Cu(N03)2'H20和0.3克Co(N03)yH20浸漬到3.0克A1203(812目)上，培燒制得催化劑2。實施例三按照實施例一的步驟將0.5克Cu(CH3COO)2'H2O、0.5克Co(CH3COO)3'4H20和0.0335克Pd浸漬到10.0克Al203(812目)上，培燒制得催化劑3。實施例四先將0.5克Cu(N03)4.H20按照實施例一的方法浸漬到10.0克A1203(812目)上，再將0.1克Co(N03VH20按照實施例一中所述的步驟浸漬上，制得催化劑4。實施例五將1.0克Cu(N03)4.H20按照實施例一的步驟浸漬到10.0克A1203(812目)上制得催化劑5。實施例六將2.0克Cu(N03)4'H20按照實施例一的步驟浸漬到10.0克A1203(812目)上制得催化劑6。實施例七將4.0克Cu(N03)2.H20按照實施例一的步驟浸漬到10.0克A1203(812目)上制得催化劑7。實施例八將0.15克Mn(CH3COO)2、禾B0.1克Zn(CH3COO)2按照實施例一的步驟浸漬到3.0克A1203(812目)上制得催化劑8。實施例九將0.15克Mn(CH3COO)2和0.035克Ru按照實施例一的步驟浸漬到4.0克A1203(812目)上制得催化劑9。實施例十將0.1克Cu(N03)2fl20、0.05克鉬酸銨和0.2克Ni(N03)^H20按照實施例一的步驟浸漬到4.0克Zr02上制得催化劑10。實施例十一將0.01克H2IrCl6、0.005克RuCl3禾卩0.1克Cu(N03)2-H20按照實施例一的步驟浸漬到2.0克Alz03(812目)上制得催化劑ll。實施例十二采用如下圖的分解裝置來實現N20的高溫分解，催化劑可以長期使用。闊1、2和3連接溫度傳感器，進行N20分解開始時，先通過加熱爐絲將低溫助催化劑層加熱到催化分解N20的溫度時閥1和2打開，N20進入反應器開始分解，產生的熱量可是高溫主催化劑層的溫度達到催化N20分解的活性溫度，此時閥2和3通過溫度傳感器將閥2關閉同時將閥3打開，N20氣體將不再經過助催化劑層，從而避免了高溫使得助催化劑失活。催化劑實驗結果如下表(一，表示未作測試；X:催化劑在此溫度無活性)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權利要求1.一種制備耐高溫催化分解氧化亞氮(N2O)的催化劑的制備方法和一種氧化亞氮(N2O)分解反應器，其特征在于(1)通過以下步驟制得a、將選好的載體，進行清潔之后于100～140℃干燥備用；b、將載體置入旋轉蒸發儀，在40～80℃時把配好的活性組分金屬鹽的溶液按比例吸入到旋轉蒸發儀中混合；c、混合攪拌1～6小時，之后通過減壓蒸餾將溶劑除掉，得到固體顆粒；d、所得的前體催化劑放到坩堝中，在空氣氣氛中進行培燒，培燒程序為，第一段在一個小時內升溫到100～200℃，在此溫度下保持1～6h，之后繼續升溫，在2～6h內升溫到500～800℃，在這個溫度范圍內保持0.5～4h，之后再在1～8h內升溫到1000～1300℃，再保持0.5～2h，最后催化劑再自然狀況下冷卻；該催化劑能夠經受氧化亞氮(N2O)分解所產生的1000℃以上高溫，冷卻后低溫依然對N2O有著很高的催化分解活性；(2)氧化亞氮(N2O)分解反應器，通過閥1、2和3連接溫度傳感器，進行N2O分解開始時，先通過加熱爐絲將低溫助催化劑層加熱到催化分解N2O的溫度時閥1和2打開，N2O進入反應器開始分解，產生的熱量可是主催化劑層的溫度達到催化N2O分解的活性溫度，此時閥2和3通過溫度傳感器將閥2關閉同時將閥3打開，N2O氣體將不再經過助催化劑層。2.根據權利要求1所述的催化劑活性組分，其特征在于所述的金屬氧化物為銅Cu、錳Mn、鐵Fe、鉬Mo、銥Ir、鈷Co、鎳Ni、鉻Cr、釕Ru、鈰Ce、銀Ag和鑭La中的一種或多種。3.根據權利要求1所述的催化劑載體，其特征在于所述的氧化物載體為三氧化二鋁(A1203)、二氧化鋯(Zr02)、氧化鎂(Mg02)和二氧化硅(Si02)中的一種或多種混合物。4.根據權利要求1所述的金屬氧化物催化劑，其特征在于活性組分銅Cu、錳Mn、鐵Fe、鉬Mo、銥Ir、鈷Co、鎳Ni、鉻Cr、釕Ru、鈰Ce、銀Ag和鑭La的含量在010%之間進行調變。5.根據權利要求l所述的催化劑，其特征在于催化劑在10020(TC、50080(TC和10001300。C溫度段進行培燒。6.根據權利要求1所述N20分解反應器，其特征在于通過使用低溫助催化劑和高溫催化劑組合來實現N20的間歇的催化分解。7.根據權利要求1所述N20分解反應器，其特征在于通過溫度傳感器來實現三個閥門的打開順序，使N20通過不同的催化劑進行分解。全文摘要本發明涉及高溫催化分解氧化亞氮(N<sub>2</sub>O)的方法，包括氧化亞氮(N<sub>2</sub>O)和金屬氧化物催化劑接觸反應。目的在于解決能經受N<sub>2</sub>O分解產生的高溫，且在低溫下依然對N<sub>2</sub>O的催化分解有高的活性以及催化分解N<sub>2</sub>O的裝置。本發明可以解決耐高溫分解N<sub>2</sub>O的催化劑問題，通過設計催化劑和N<sub>2</sub>O的分解裝置來實現。文檔編號B01J23/755GK101357336SQ20081012964公開日2009年2月4日申請日期2008年8月3日優先權日2007年8月3日發明者呂高孟,張小明,索繼栓,羅淑文,騫雷申請人:中國科學院成都有機化學有限公司