Главная страница
Сведения об авторах

ГЕТЕРОГЕННЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА И УГЛЕРОДА (II)

Кожахина А. В., Кузьмина Р. И., Иванова Ю. В., Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского, Саратов, Россия

В настоящее время все большее значение приобретает разработка новых ресурсосберегающих технологий, что применительно к каталитическим процессам означает, в первую очередь, поиск высокоэффективных катализаторов. Весьма перспективны гетерогенные каталитические системы, которые, благодаря своей активности и селективности, позволяют проводить реакции окислительно-восстановительного обезвреживания дымовых газов.
Авторами проведены исследования по созданию высокоэффективных катализаторов с целью выявления возможности их применения для обезвреживания промышленных газовых выбросов и выхлопных газов автотранспорта от оксидов азота и углерода (II). Состав катализаторов представлен в таблице.

Состав и методы приготовления катализаторов

Изучение реакции комплексной очистки газов от оксидов азота и углерода проводилось на лабораторной установке проточного типа при объемной скорости очищаемого газа 1 000 ч^-1 в интервале температур 100—500 °С.
Все катализаторы подвергались предварительной термической обработке контакта перед опытом в восстановительной (водород) и окислительной средах (воздух) при Т = 350 °С в течение 3 часов.
Системный подход к изучению алюмоникельмедных катализаторов различного количественного состава наносимых металлов заключается в сравнительном анализе различных методов приготовления катализаторов (метод пропитки гамма-Al₂O₃ в растворе активного компонента и формирование катализатора в условиях УЗО). Кроме того, изучено влияние условий предварительной активации на каталитические свойства.
Влияние ультразвуковой обработки (УЗО) на активность алюмоникельмедных катализаторов исследовано при нанесении на гамма-Al₂O₃ меди и никеля из растворов солей активных металлов (ацетата меди и нитрата никеля). Обработка системы осуществлялась на промышленной установке (рисунок) при рабочем напряжении 260 В, температуре 25 °С, частоте 22 и 35 кГц, времени воздействия 2 мин, режим работы — резонансный с развитой кавитацией в воде.

Схема промышленной установки для ультразвуковой обработки катализатора:
1 — ультразвуковой генератор УЗГЗ-4; 2 — ультразвуковой реактор РАП-1 (реактор акустический проходной); 3 — подставка; 4 — подвеска с обрабатывающим материалом

При исследовании катализаторов для селективного восстановления NO_x в качестве модельных были использованы газовые смеси с содержанием оксидов азота — 0,4—1,5; монооксида углерода — 0,6—1,7; кислорода — 0,1—2,0 об. %; газ-разбавитель — гелий.
Эксперименты по селективному восстановлению оксидов азота оксидом углерода (II) в присутствии алюмоникельмедных катализаторов, полученных традиционным методом пропитки носителя, показали, что образцы 1—2 (см. табл.) не проявляют высокой активности в процессе комплексной очистки газовых выбросов. Образцы 1 и 2 позволяют проводить полную очистку модельной смеси от NO_х и CO в интервале Т = 300—500 °С, что не соответствует требованиям, предъявляемым к катализаторам обезвреживания промышленных и автомобильных отработанных газов. Степень превращения очищаемых компонентов газовой смеси должна составлять 90% и выше уже в интервале Т = 150—200 °С.
Для увеличения активности алюмоникельмедных катализаторов в низкотемпературной области была изменена методика приготовления катализаторов, содержащих медь и никель на гамма-Al₂O₃. Ее отличие от традиционного метода пропитки носителя заключается в экстремальном воздействии ультразвука на каталитическую систему (см. табл., катализаторы 3—6).
Катализаторы 1, 2, приготовленные традиционным методом пропитки, в сравнении с образцами 5, 6, которые подвергались воздействию ультразвука, резко отличаются по активности в исследуемом процессе. Они позволяют проводить полную очистку от токсичных примесей в интервале температур 200—500 °С.
Изучение влияния условий предварительной термической обработки (ПТО) на активность катализатора 3% Cu, 2% Ni/ гамма-Al₂O₃ (УЗ — 35 кГц) показало, что после восстановительной активации степень восстановления NО_х и окисления СО составляет 100% в интервале температур 200—300 °С, в отличие от образца 3 аналогичного состава, который, в свою очередь, достигает полной конверсии лишь при Т = 300—400 °С. Образец 5 после окислительной ПТО позволяет полностью обезвреживать газовую смесь от NO_x в интервале температур 200—300 °С, а степень превращения СО в исследованных условиях составила 100%.
Наиболее эффективным среди исследованных алюмоникельмедных каталитических систем является образец 6. Он проявил высокую активность при низких температурах 100—200 °С, в условиях восстановительной и окислительной активации. Опыты по изучению стабильности этого катализатора показали, что он сохраняет активность в течение 100 часов работы в режиме остановок.
Экспериментально установленный эффект повышения активности катализатора путем УЗО на стадии пропитки стимулировал исследование влияния экстремальных воздействий на традиционные нанесенные катализаторы.
Новые методы приготовления катализаторов позволяют принципиально изменить и улучшить их свойства по сравнению с методом пропитки. При сохранении одинакового химического состава каталитические характеристики в зависимости от способа и условий приготовления могут изменяться в весьма широких пределах вследствие изменения природы взаимодействия составных частей катализатора, дисперсности, пористой структуры, кристаллохимических изменений и других факторов, существенно влияющих на протекание каталитических реакций.
Количество наносимых активных компонентов (Cu, Ni) несущественно влияет на активность катализатора. Гораздо более значимым оказывается метод приготовления и условия предварительной термической обработки катализатора.
Следовательно, применение УЗО в процессе приготовления катализаторов дает возможность проводить полное обезвреживание газов от оксидов азота и углерода при низких температурах (200—300 °С), что является важным в процессах экологического катализа, особенно для процессов сжигания топлив в двигателе внутреннего сгорания в режиме «холостого» хода.
Выводы
1. На основе теоретических и экспериментальных данных разработаны новые высокоэффективные полиметаллические алюмоникельмедные катализаторы, не содержащие в своем составе благородных металлов. Катализаторы получены методом пропитки носителя растворами активных компонентов и ультразвуковым воздействием для реакции селективного восстановления оксидов азота монооксидом углерода модельных газовых смесей.
2. Установлен регламент синтеза полиметаллических каталитических систем под воздействием ультразвуковой обработки с оптимальной частотой 35 кГц и временем воздействия 2 минуты при температуре 25 °С.
3. Полученные экспериментальные данные показывают возможность применения УЗО для создания принципиально новой экологически чистой технологии синтеза катализаторов различного состава со свойствами, превосходящими аналогичные промышленные катализаторы, полученные традиционными способами пропитки носителя.
4. Установлено, что предварительная термическая обработка катализаторов (восстановительная и окислительная) за счет образования чисто металлических и металлооксидных центров позволяет повысить активность катализатора в реакции совместного обезвреживания оксидов азота и углерода.

HETEROGENEOUS CATALYSTS FOR EXHAUST GAS TREATMENT TO REMOVE NITROGEN AND CARBON OXIDES

Kozhahina A. V., Kuzmina R. I., Ivanova Yu. V., N. G. Chernishevskiy Saratov State University, Saratov, Russia

Ensuring the improved environmental performance while increasing the production process efficiency is one of the main tasks of chemical industry development. This problem cannot be solved without the development and application of innovative materials and technologies. The paper describes new copper and nickel catalysts with varying concentrations of active substance, designed to remove nitrogen and carbon oxides from exhaust gases.

Главная страница

Сведения об авторах

Кожахина Анна Владимировна, аспирант, кафедра химической технологии нефти и газа, Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского, Астраханская, 83, корп. 1, Саратов, 410026, Россия. Тел. (8452) 51-26-75, факс (8452) 51-69-60
Кузьмина Раиса Ивановна, д-р хим. наук, проф., зав. кафедрой химической технологии нефти и газа, Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского, корп. 1, Астраханская, 83, Саратов, 410026, Россия. Тел. (8452) 51-26-75, факс (8452) 51-69-60. E-mail
Иванова Юлия Вячеславовна, канд. хим. наук, доц., кафедра химической технологии нефти и газа, Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского, Астраханская, 83, корп. 1, Саратов, 410026, Россия. Тел. (8452) 51-26-75, факс (8452) 51-69-60. E-mail

© Независимое агентство экологической информации

Последние изменения внесены 10.07.07