使用通过低温反应制造的新型高度耐用且功能性的超多孔铂 - 氧化铝催化剂净化工业废气

背景

•已经开发出一种新的铂 - 氧化铝催化剂，其允许通过在工厂废气中存在的有害挥发性有机化合物的氧化除去。

•反应温度为100ºC，低于电流反应温度。

•催化剂的热阻约为200ºC，在高温下没有劣化。

概要

科石田大阪，高级研究员，中间陶瓷集团（Koji Tajiri，Group Leader）的材料研究所可持续发展研究所（Mamoru Nakamura，Director）和先进的先进烧结技术集团（Koji Wat亚博网站下载ari，Group Lader）的高级烧结技术组制造研究所（Hideto Mitome，Director），来自国家先进的工业科学和技术研究所（AICT，Hiroyuki Yoshikawa，Director）以及NGK绝缘体有限公司（总裁Shun Matsushita），成功地亚博老虎机网登录发展了一个高度多孔铂 - 氧化铝催化剂用于工业废气净化器（图1），具有高耐高温性的高耐温性的特性。

该催化剂的反应温度比目前使用的催化剂的反应温度低100ºC，热阻提高到约200ºC。这种催化剂的特点，加上使用低成本的氢氧化铝作为起始原料，以及采用低成本和简单的工艺如冷冻干燥，将导致其应用的推广。

图1所示。新型催化剂的应用

图2。铂 - 氧化铝冷冻凝胶催化剂（直径18毫米，长度为23mm）

研究背景

含有铂的催化剂或在氧化铝上负载的其它贵金属颗粒用于通过包括在工厂废气中的VOC（挥发性有机化合物）的氧化而去除yabo214。传统上，通过浸渍方法制备这些催化剂以容易地支持贵金属颗粒。yabo214然而，该方法具有借出贵金属的低分散性和粒径的非均匀性。此外，随着在催化反应期间温度达到几百百度的情况下，通过烧结颗粒的烧结减小了表面积。yabo214结果，催化活性减少，缩短了寿命（图3）。

图3。当前和新技术的比较

研究的历史h

在2003年至2005财年期间，AIST和NGK绝缘人基于成本负担份额（“匹配基金制度”）的制度进行了联合研究项目“对低环境影响流程的研究”。作为本研究的一部分，追求陶瓷煅烧期间产生的VOC气体纯化高效催化剂的发展。VOC气体由在制备陶瓷期间混合的聚合物粘合剂的燃烧产生。

研究描述

基于技术为辅助开发的高孔材料的技术，重点是均相铂 - 氧化铝凝胶的新加工方法，选择冷冻干燥作为低成本，简单的方法干燥这种凝亚博网站下载胶（图3）．

不仅在高温下达到了催化活性和耐久性的提高，而且有可能制造出具有高耐久性特性的新型高孔铂-氧化铝陶瓷体(图2)。它被命名为“铂-氧化铝低温冷冻炉”。

Boehmite溶胶，低成本的氢氧化铝，是该冷冻凝胶催化剂的原料。在将铂源添加到溶胶时，使用螯合剂如草酸和丙酸，保护铂离子，有助于抑制铂黑色的沉淀，并产生超细铂颗粒的均匀分散体。yabo214由于在不使用溶剂取代湿凝胶的情况下进行冷冻干燥过程，因此没有储蓄金属离子的溢出。

进行氧化在空气中除去甲烷，以评估制造的冷冻凝胶催化剂的效率。如图4所示，可以在低于电流催化剂的反应温度下获得足够的去除。

图4。铂 - 氧化铝催化剂中的甲烷氧化活性

直到最近，不可能使用传统的制造方法获得耐热催化剂，并且发生铂的超细颗粒的烧结。yabo214在冷冻凝胶催化剂的情况下，大约1nm（1nAmom：1/109米）的铂颗粒的均匀分布（图5）。yabo214据认为，冷冻蛋白载体和超细铂粒子之间的强相互作用阻碍了细颗粒的烧结，赋予催化剂的热阻特性。yabo214这种超细结构还可以确定催化反应即使在低温下也会有效地前进。

图5。铂-氧化铝低温冷冻系统中的超细铂颗粒。yabo214铂5-wt %;黑点对应于直径为1nm的超细铂颗粒。yabo214

根据煅烧温度的氧化铝冷冻凝胶颗粒的表面积的变化如图6所示。煅烧时，商业氧化铝的表面积迅速降低，而显然氧化铝冷冻凝yabo214胶具有高耐热性特性。添加二氧化硅（SIO₂）进一步提高了热阻特性。

图6。氧化铝制冷机的表面积

图7对应于氧化铝冷冻凝胶的TEM图像，具有10wt％二氧化硅添加（1200ºC，5小时煅烧）。在高温下煅烧后观察到细粒氧化铝颗粒。yabo214对于商业氧化铝，粗烧结结构已经存在于1100ºC。（图8;请注意图7和8中的尺度）。因此，在这种冷冻凝胶中，我们可以期望不仅增加了载体和贵金属颗粒的耐久性，而且还期望细金属颗粒的长寿命，使得它能够在高温下承受长的反应时间。yabo214

图7。氧化铝冷冻凝胶，10wt％二氧化硅添加（1200ºC，煅烧5小时）

图8。商用氧化铝（1100ºC，煅烧5小时），刻度约为图7的10倍。

孔结构构成制造的冷冻凝胶的大部分体积，但即使它是具有低堆积密度的多孔体（接近0.06g / cm）^3.），未观察到水的结构破坏（图9）。在单独测量的孔分布曲线中润湿之前和之后没有可观察到的变化，这表明可以使用常规的浸渍方法来支持细催化剂金属颗粒。yabo214在目前使用的气凝胶中不能观察到这些新特性，该机构也呈现出由毛孔组成的大容量。

图9。新开发的Cryogel在水中稳定，而水导致目前使用的气凝胶结构破坏。

未来前景

NGK绝缘子公司计划在自己的陶瓷烧结炉中使用已开发的铂-氧化铝低温催化剂对废气进行净化试验。

所研制的铂-氧化铝低温催化剂在需要高孔隙率催化剂或催化剂载体的应用领域具有广泛的应用前景。

冷冻冰箱的研究才刚刚开始。进一步的基础和应用研究工作将面向大规模生产铂-氧化铝(Pt-Al)的合成技术的发展₂O_3.）CryoGel，这对于其应用的传播至关重要。而且，将探讨使用其他贵金属，如钯，铑等以及贱金属，并研究赋予耐水性的机制。最后，将探讨更高级技术的设计，例如在冷码中的两个贵金属的分散，将来。

来源：AIST.

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