ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Изобретение относится к каталитической химии, в частности к нанесению частиц и пленок каталитически активных металлов на поверхность керамического моноблочного носителя.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение срока службы катализатора за счет увеличения адгезии металла к подложке и исключение примесей, загрязняющих катализатор, а также упрощение технологии изготовления за счет снижения температуры процесса нанесения катализатора.

Поставленная задача решается способом нанесения катализатора на керамический носитель, включающий нанесение на поверхность носителя состава, содержащего дисперсный металл платиновой группы в органической составляющей, с последующим нагреванием и обжигом, при этом состав наносят на предварительно нагретый носитель, в качестве наносимого состава используют ультрадисперсный металл, осажденный на кристаллах нафталина, применяемого в качестве органической составляющей, а в качестве ультрадисперсного металла дополнительно используют также серебро, золото или сплавы всех упомянутых металлов.

Перед нанесением состава керамический носитель предварительно нагревают до 90-100° С, нагревание нанесенного на носитель состава проводят при той же температуре, а последующий обжиг при 350-400° С.

Поставленная задача может решаться также способом нанесения катализатора на керамический носитель, включающим нанесение на поверхность носителя состава, содержащего дисперсный металл платиновой группы в органической составляющей с последующим нагреванием и обжигом, при этом в качестве наносимого состава используют ультрадисперсный металл, диспергированный в органической составляющей, включающей терпинеол с добавкой диметилформамида в соотношении 250:1 мас. ч, а в качестве ультрадисперсного металла дополнительно используют также серебро, золото или сплавы упомянутых металлов, каждый из которых вводят в органическую составляющую в соотношении 1:50 мас. ч. Нагревание нанесенного на носитель состава проводят при 100-120° С, а последующий обжиг при 350-400° С.

Ультрадисперсные частицы металлов (размерами менее 1 мкм) обладают повышенной активностью поверхности (в т.ч. каталитической). Однако их трудно сохранять в виде выделенных частиц, т.к. они имеют тенденцию к быстрому агрегатированию, что влечет за собой потерю ценных свойств их поверхности. Вследствие этого предлагается использовать частицы этих металлов, осажденные на кристаллах нафталина как органической составляющей, что представляет собой твердый органозоль, который можно формовать в любой требуемой конфигурации.

За счет ультрадисперсности частиц наносимого металла и микрошероховатости поверхности носителя проводят низкотемпературный процесс осаждения катализатора с высокой адгезией частиц металла к поверхности подложки; исключение неорганической составляющей, обволакивающей частицы металла, позволяет освободить большую долю поверхностно-активных атомов и увеличить поверхность контакта катализатора.

Применение в качестве наносимого состава органозоля металл-нафталин дает возможность исключить примеси, загрязняющие катализатор, т.к. при низкотемпературном процессе металлизации проходит полное удаление нафталина (без образования примесных остатков). Терпинеол как компонент органической составляющей во втором составе также не вносит примесей, полностью улетучиваясь при сушке и отжиге. Диметилформамид, в предлагаемом данным изобретением соотношении с терпинеолом, обладает пептизирующим эффектом. При введении его в соотношении менее 1 мас. ч. эффект пептизации отсутствует, при увеличении более 1 мас. ч. дополнительного эффекта не наблюдается. Соотношение металл - органическая составляющая принято из расчета, что уменьшение количества металла менее 1 мас. ч. ухудшает качество наносимой пленки металла - появляются островковые участки, а при увеличении его количества сверх 1 мас. ч. возрастает вязкость состава и усложняется процесс нанесения катализатора.

Нагревание нанесенного на носитель состава в первом варианте способа проводят в диапазоне 90-100° С, при температуре менее 90° С органозоль не плавится, а при температуре более 100° С каталитическое покрытие становится более пористым и неравномерным с включением продуктов термолиза Во втором варианте способа снижение температуры менее 100° С увеличивает время сушки (снижая технологичность процесса), а увеличение более 120° С снижает качество каталитического покрытия (неравномерное, пузырьковое) из-за интенсивного испарения органической составляющей. Температура обжига 350-400° С достаточна для получения оптимальных результатов, при ее сни­жении ухудшается технологичность процесса (увеличение времени без улучшения качества).

В общем виде способ осуществляется следующим образом.

К нагретому до 90-100° С монолитному керамическому блоку, на который необходимо нанести слой каталитически активного металла, прикасаются отформированным в виде стержня, удобного для данной конфигурации размера, твердым органозолем состава нафталин -Ag,Au,PtилиPd, или сплавом этих металлов. Органозоль плавится и равномерно осаждается на поверхность блочного носителя. После нанесения расплавленного органозоля носитель выдерживается при той же температуре в течение 10-15 мин до полной сублимации нафталина, после чего носитель нагревается до 300-400° С и выдерживается 5-10 мин до образования пленки металла.

Пример 1. На нагретый до 90 С керамический носитель наносят твердый органозоль состава нафталин -Ag. Органозоль плавится и равномерно наносится на поверхность носителя. После этого носитель выдерживают в течение 10 мин до полной сублимации нафталина, после чего носитель нагревают до 350° С и выдерживают до образования пленки металла.

Примеры выполнения предлагаемого способа с различными ультрадисперсными металлами и их сплавом сведены в табл. 1.

Для осуществления второго варианта способа при получении композиции ультрадисперсный металл - органическая составляющая в жидком состоянии в виде гидрозоля, из твердого органозоля нафталин -Ag,Au,Pt,Pdили их сплавы трижды экстрагируют нафталин двадцатикратным по весу количеством этанола или ацетона, после декантации последней порции растворителя к выпавшему осадку добавляют терпинеол и диметилфармамид в соотношении 250:1 мас. ч., соотношение металл - органическая составляющая выдерживают 1:50 мас. ч. Полученную жидкую композицию 10-20 мин обрабатывают в механической ступке при комнатной температуре.

Состав равномерно наносят на блочный носитель при комнатной температуре, после чего нагревают до 100-120° С до удаления растворителя с последующим обжигом при 350-400° С в течение 5-10 мин до образования пленки металла. Примеры конкретного выполнения с различными ультрадисперсными металлами и вариантами температурного режима сведены в табл. 2.

Использование предлагаемого изобретения позволяет снизить температурный режим процесса получения катализатора в 2 раза, что дает возможность снижения энергетических затрат и упрощения используемого нагревательного оборудования. Увеличение поверхности контакта катализатора по сравнению с прототипом позволяет снизить количество наносимого дорогостоящего металла для достижения необходимой конверсии газа.

Высокая адгезия металла к поверхности снижает механический унос частиц и увеличивает срок службы катализатора.

Предлагаемые способы нанесения катализатора (в жидком и твердом состоянии) являются универсальным средством и позволяют покрыть любую конфигурацию носителя, включая труднодоступные места, внутренние каналы, дают возможность использовать капельный способ нанесения, а также нанесение состава кисточкой путем обмакивания и т.д. Появляется возможность регенерировать поврежденные участки катализатора, используя повторное нанесение состава.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 2