密闭空间一氧化碳净化技术探讨.pdf

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第2期
张祎等:密闭空间一氧化碳净化技术探讨
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密闭空间一氧化碱净化技术探讨
张袆,刘有智”,袁志国
(中北大学超重力化工过程山西省重点实验室,山西太原030051)
摘要:介绍了低温催化氧化,溶液吸收,吸附,光催化等清除CO的方法,并讨论了它们在密闭空间的适用性及其优缺点。
关键词:密闭空间;一氧化碳;净化;化氧化;吸收;吸附;光催化
中图分类号:TQ028
文献标识码:A文章编号:1001-9219(2014)02-85-06
密闭空间通常是指宇宙飞船、宇宙空间站、潜负载催化剂活性明显高于金属Pt和Pd,这是由于
艇、水下工作船、地下工作舱等与大气层隔绝或与Pt、Pd的分散度较高以及载体上CO、O2的溢流作
外界无气体交换的特殊位置。在密闭空间工作的人用。此类贵金属的金属粒径小、分散度高、活性表面
员,经常与汽油、燃烧蒸气、汽车排出的废气接触,积大且表面能高,使得贵金属铂钯的CO催化氧化
其中就含有CO,炸药或火药爆炸后的气体p(COの约催化剂在工业上得到了广泛应用。但是铂钯催化剂
为30%-60%,使用柴油、汽油的内燃机废气中在使用过程中抗水性能差,潮湿环境下极易失效,
(CO)约为1%-8%。研究表明,CO高浓度短期接触另外这类简单负载的金属催化剂需要在200℃以上
吸入即可致急性中毒;低浓度长期接触会对心血管的高温才能发挥其氧化活性。20世纪80年代后期,
系统、脂类代谢产生不良影响,影响肾功能。CO化 Haruta等发现,某些由共沉淀法制备的金催化剂
学性质稳定,且不溶于常规溶剂,CO的去除一直是对CO低温氧化具有极高的活性和稳定性,这一成
个难题,密闭空间内的处理方法见诸文献的都不是果突破了金没有催化活性的传统观念,此后,以Au
很系统。
作为催化剂活性组分的研究引起了人们的普遍关
净化空气的方法有多种,但有限空间内空气净注
化的一个最基本要求是:不能产生二次污染。遵循1.1.1催化原理
此原则,寻求能够在密闭环境内实现的CO净化技
由于缺乏可靠的动力学依据,CO的低温催化
术,以改善提高密闭环境的空气质量。重点介绍了氧化反应的机理还没有定论。但是普遍接受的观点
低温催化氧化法、溶液吸收法、吸附法、光催化法等是,反应发生于吸附在金原子上的C0和吸附在金
几种方法,及其应用于密闭环境内CO浄化的前景。与载体交界面载体金属粒子上的O原子之间。此观
1低温催化氧化法
点认为载体是TO2、FeO2、ZnO等半导体材料时,由
于 Schottky连接的作用,会导致氧空穴的产生,聚
对于浓度不是特别高的CO气体,主要采用的集大量的氧分子或者以过氧离子(O2)的形式吸
方法是催化氧化法,将其转化成无毒性的CO2。C0附脚。以 Au/io2为例,氧在载体或金与载体界面处
的燃点为700℃,要让它常温下与空气中的O2发生吸附,则催化CO氧化的机理用反应过程表示如
反应,必须借助催化剂来实现。低温催化氧化的催下:
化剂主要有贵金属催化剂和非贵金属催化剂。
(1)氧在氧化物上发生不可逆的吸附反应,此
1.1贵金属催化剂
过程与载体无关
Schryer等?和 Sheintuch等制备了一系列Pt/
2h+O:+2eン2h、-O
SnO2和P/SnO2贵金属催化剂,研究发现新制备的
式中,hは、表示空穴位。
收稿日期:2013-10-13;基金项目:国家自然科学基金
2)然后吸附的氧溢流到金粒的表面,此过程
(21376229);作者简介:张伟(1989-),男,倾士研究生,电郎
与粒径的大小有密切关系
zhenzhangvi(@163.com;*通讯作者:刘有智(1958),男,教授
h!-O+A、うA、-O..+e'+h
博士屽究生,电邮lyzzhongxin(@126.com
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天然气化工(C1化学与化エ)
2014年第39卷
(3)C0在金粒上发生可逆吸附
关。当溶液的pI值等于或接近载体的等电点时,金
A+CO>A-C-O
(3)物种的吸附能力最强,此时金的沉积量也最大
(4)C0与吸附氧发生反应
焙烧条件对催化剂的结构和活性也有很大影
A-C-O+A-O,→2A+CO,↑
(4)响。邵建军等制备Au/Zm0催化剂,用TPR,XRD和
1.1.2影响因素
TEM技术对催化剂进行了表征,发现焙烧温度强烈
Au催化剂的催化原理决定了其催化性能主要影响催化剂对CO的氧化活性,533K焙烧活性最
受到合成方法,制备条件以及载体等3方面的影高,即使反应气中水体积分数达3.1%,反应300h
响
后,CO的转化率仍然保持在95%?。叶青等制备
(1)合成方法
了Au/OMS-2-DP催化剂,也发现了焙烧温的显著影
浸渍法是常见的负载型催化剂制备方法,普通响影响:300℃以下焙烧,随焙烧温度升高,催化活
浸渍法制备时,金以球状粒子的形态附着在载体表性明显提高;焙烧温度高于300℃后,进一步增加
面,和载体表面间的亲和力比较弱,所制备的金催催化活性逐渐降低。XRD表明,Au在300℃焙烧催
化剂的催化活性不高,故需要采取其他的合成方化剂时具有最小颗粒,因而具有最高的催化活性。
法。现将各种制备方法及其特点总结列表如表1所低于300℃,焙烧时沉淀物种没有完全分解成金属
Au物种;而当焙烧温度高于300℃时,由于纳米Au
的量子效应,Au会聚集成较大的颗粒,从而导致活
表1各种制备方法及特点
性下降。
制备方法
占
举例
(3)载体
宝温下活性物质能有较萵活性,负载
共沉淀法大,使部分活性物质在负载内部,
AWFE20:
在常温常湿条件下,不同氧化物负载的金基催
不参与CO的催化氧化
化剂的CO氧化性能有很大差别。王桂文,张文祥
沉积一沉活件物质以多种形式存在于载体上,
Aw/Ceo,-co-o
以金属氧化物为载体,用共沉淀法制备一系列Au
淀法性氧化物不能成为催化剂的载体
化学气相拉子直径小于2nm,酸性和弱碱性
MeO、催化剂(Me=Al,Co,Cr,Cu,Fe,Mn,Ni,Zn),在
Au/MCM-4
沉积法
载体祁适用
常温常湿条件下考察了这些催化剂的CO氧化性
电化学沉低温掟制电子可以引导粒子的化学成
AUNP
能。Cu,Mn,Cr等氧化物为载体的金基催化剂的活
分和形心
性较差,Zn,Fe,Co,Ni,AI等金属氧化物为载体的金
严格控制制备条件,所得的金催化剂金颗粒粒基催化剂可完全氧化CO。且得到了相同反应条件
径一般为5mm左右,呈半球形均匀分散,以金的一下CO完全转化时的稳定性从高到低依次为:Au/
定晶面与载体氧化物相结合。目前使用最多的方法ZnO、Au/a~Fe2O3、Au/Co04、Au/y~Al203、 Au/Nio。表
是共沉淀法,制备的金催化剂活性较高。
明了氧化物种类对催化剂的影响是多方面的。
(2)制备条件
目前贵金属催化剂对Au的研究最多,陈宗杰
影响到催化剂各种性能的制备条件主要包括等制备了一种低负载量的金催化剂,该催化剂中
沉淀pH值、焙烧温度以