专利名称：一种高效促进N<sub>2</sub>O分解的Ru/Silicalite-1催化剂的制备方法
技术领域：
本发明属于化学化工技术和环境保护领域，涉及一种Ru/Silicalite-1催化剂的制备方法。具体涉及到一种能高效促进N20分解的Ru/Silicalite-1催化剂制备方法。
背景技术：
^0是一种温室气体，由于其在自然界中的稳定性，对大气臭氧层具有很强的破坏作用，其温室气体效应是(A百倍以上。研究显示，硝酸、己二酸生产以及机动车尾气中均含有KO。原本大气中的^0存在自发的平衡过程，即排放和降解速率基本相同。但随着工业化进程的提高和机动车数量的迅猛增加，大气中的N20浓度正逐年上升，超出了其自平衡能力。 现有技术公开了金属、氧化物、混合氧化物等都曾经作为N20分解的催化剂。近年来，随着沸石合成技术的不断发展，以其为载体的负载型催化剂受到了越来越广泛的关注。此类催化剂具有很大的比表面，活性元素分散性能好，因而得到了广泛的关注和应用。
发明内容
本发明的目的在于提供涉及一种Ru/Silicalite-1催化剂的制备方法。具体涉及一种有效提高Silicalite-1负载Ru元素催化剂催化N20分解成02和N2的活性的方法。
本发明中，载体Silicalite-1 (全硅HZSM-5沸石)通过水热合成法制得，并采用超声浸渍法将活性元素Ru以氧化物的形式负载在载体表面，浸渍时间比常规浸渍法縮短一半。本发明中Ru/Silicalite-1催化剂的活性可以通过调节载体的晶化时间来改变，载体晶化时间延长对Ru/Silicalite-1催化剂活性具有促进作用。所述的Silicalite-1通过水热法合成，晶化温度控制170-200°C，晶化时间控制在2-10天，最优晶化时间在5-7天范围内； 本发明中，在Ru/Silicalite-1催化剂下，He为平衡气，通过调整N20量控制其浓
度。混合气经计量后进入固定床反应，其中，催化分解^0的反应条件为催化反应温度200-55(TC，压力0. 1-0. 5MPa， N20浓度为1000-5000ppm(氦气为
平衡气)，混合气体气时空速范围为5000-50000h—1条件下进行N20分解。载体Silicalite-l
晶化时间对于催化反应活性影响显著，晶化时间最优时间在5-7天，该法制备的催化剂具
有高效的催化活性和稳定性，在40(TC时N20分解率即达到100%。 本发明优选反应条件为 (1)载体晶化时间为5-7天； (2)超声浸渍处理30min ; (3)催化反应温度250-500°C ; (4)最佳反应压力为0. 2MPa ; (5) N20在平衡气He中的浓度为2600卯m ;
(6)N20和He的混合气体气时空速范围为30000-50000h—、 本发明制备的Ru/Silicalite-1催化剂制备技术简单，并具有高效的N20分解活性。 本发明的技术方案涉及到，在Ru/Silicalite-1催化剂的作用下，将N20分解成02和K的过程，催化反应在连续气固相反应床中进行。其反应式为
N20— l/202+N2 本发明所用的催化剂是Ru/Silicalite-1催化剂，其具体的制备方法如下
(1)载体Silicalite-l通过水热法合成以NaSiOg *9H20为硅源，TPABr为模板齐U，混胶后搅拌5-6h，在水热釜内170-200°C晶化1-10天，晶化后样品经550-60(TC焙烧5-6h，再用0. 2-0. 5mol/L NH4N03溶液进行离子交换三次，每次离子交换的时间5-6h，经过滤干燥后，固体粉末在550-60(TC下再次焙烧； (2)负载Ru在Silicalite-l载体上的方法为超声浸渍法载体浸没于含0. 4-0. 6g Ru的100ml RuCl3稀盐酸溶液中，其中稀盐酸溶液中HC1的浓度0. 1-0. 2mol/L，采用超声处理25-30min。经过滤后，滤饼在60-8(TC烘干，最后在550-60(TC焙烧4_5h完成。 本发明运用简单的方法，极大地提高了 Ru/Silicalite-1催化剂催化N20分解成02和N2的活性，简化了催化剂组成，提高了活性元素的分散性，降低了催化剂生产成本，减少了^0的环境污染。具有良好的经济和社会效益。
具体实施例方式
下面通过实施例进一步描述本发明，但不意味对本发明内容的限制。
实施例1 按如下方法制备Ru/Silicalite-1催化剂 (1)载体Silicalite-l通过水热法合成以NaSi03 9H20为硅源，TPABr为模板剂，混胶后搅拌5-6h，在水热釜内170-200°C晶化1天，晶化后样品经550-60(TC焙烧5-6h，再用0. 2-0. 5mol/L NH4N03溶液进行离子交换三次，每次离子交换的时间5-6h，经过滤干燥后，固体粉末在550-60(TC下再次焙烧5-6h ; (2)负载Ru在Silicalite-l载体上的方法为超声浸渍法即载体浸没于含0. 4-0. 6g Ru的100ml RuCl3稀盐酸溶液中，其中稀盐酸溶液中HC1的浓度0. 1-0. 2mol/L，按催化剂的Ru理论负载量质量分数1%进行负载，采用超声处理30min。经过滤后滤饼在60-8(TC烘干，最后在550-60(TC焙烧4-5h完成。 将上述催化剂0. 185g装入直径5mm的石英管中，将N20与He按体积比1 : 388，混合气体的气时空速为37000h—、反应体系压力为0. 2MPa，反应温度475_500°C ， N20分解率低于30%。
实施例2 载体Silicalite-l晶化时间2天，催化剂其余制备过程同实施例1。
将上述催化剂0. 185g装入直径5mm的石英管中，将N20与He按体积比1 : 388，混合气体的气时空速为37000h—、反应体系压力为0. 2MPa，反应温度375_400°C ， N20分解率为50% 。反应温度达到475°C以上，N20分解率可达到100% 。
实施例3 载体Silicalite-1晶化时间3天，催化剂其余制备过程同实施例1上。 将上述催化剂0. 185g装入直径5mm的石英管中，将N20与He按体积比1 : 388，
混合气体的气时空速为37000h—、反应体系压力为0. 2MPa，反应温度为3501:时，^0分解率
为50%。反应温度达到45(TC以上时，N^分解率可达到100%。 实施例4 载体Silicalite-1晶化时间5天，催化剂其余制备过程同实施例1。 将上述催化剂0. 185g装入直径5mm的石英管中，将N20与He按体积比1 : 388，
混合气体的气时空速为37000h—、反应体系压力为0. 2MPa，反应温度3501:时，^0分解率为
50%。反应温度在425"以上时，^0分解率达到100%。 实施例5 载体Silicalite-1晶化时间7天，催化剂其余制备过程同实施例1。 将上述催化剂0. 185g装入直径5mm的石英管中，将N20与He按体积比1 : 388，
混合气体的气时空速为37000h—、反应体系压力为0. 2MPa，反应温度为325°0时，^0分解率
为50%。反应温度为40(TC时，^0分解率达到100%。 实施例6 载体为SBA-15，催化剂其余制备过程同实施例1。 将上述催化剂0. 185g装入直径5mm的石英管中，将N20与He按体积比1 : 388， 混合气体的气时空速为37000h—、反应体系压力为0. 2MPa，反应温度475_500°C时，N20分解 率为50%。
权利要求
一种高效促进N2O分解的Ru/Silicalite-1催化剂制备方法，其特征在于采用Ru/Silicalite-1催化剂，将活性元素Ru以氧化物的形式负载在载体表面，通过调节载体的晶化时间改变所述Ru/Silicalite-1催化剂的活性，催化N2O分解成O2和N2；其中所述的负载方法是在浸渍过程中采用超声浸渍方法。
2. 按权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的载体晶化时间延长对Ru/Silicalite-1催化剂活性具有促进作用。
3. 根据权利1所述的制备方法，其特征为所述的Silicalite-1通过水热法合成，晶化温度控制170-200°C，晶化时间控制在2-10天，焙烧温度550-600°C ，焙烧时间5-6h，采用0. 2-0. 5mol/L NH4N03溶液进行离子交换三次，每次离子交换的时间5-6h，经过滤干燥后，固体粉末在550-60(TC下再次焙烧；负载Ru在Silicalite-1载体上的方法为超声浸渍法，载体浸没于含0. 4-0. 6gRu的100ml RuCl3稀盐酸溶液中，其中稀盐酸溶液中HC1的浓度0. 1-0. 2mol/L，采用超声处理25-30min。经过滤后，滤饼在60-80。C烘干，最后在550-600。C焙烧4-5h。
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述Ru/Silicalite-l催化剂催化N20分解成02和N2的反应条件为(1) 载体晶化时间为2-10天(2) 超声浸渍处理25-30min(3) 催化反应的温度为200-550°C ;(4) 催化反应的压力为0. 1-0. 5MPa ;(5) He为平衡气，N20浓度为1000-5000卯m ;(6) N20和He的混合气体气时空速范围为5000-50000h—、
5. 根据权利l所述的制备方法，其特征在于所述Ru/Silicalite-l催化剂催化N20分解成02和N2的反应条件为(1) 载体晶化时间为5-7天；(2) 超声浸渍处理30min ;(3) 催化反应温度250-500°C ;(4) 催化反应的压力为0. 2MPa ;(5) N20在平衡气He中的浓度为2600卯m ;(6) N20和He的混合气体气时空速范围为30000-50000h一1。
全文摘要
本发明属于化学化工技术和环境保护领域，涉及一种有效提高Silicalite-1(全硅HZSM-5沸石)负载Ru元素催化剂催化N2O分解成O2和N2的活性的方法。其中，载体通过水热合成法制得，并采用超声浸渍法将活性元素Ru以氧化物的形式负载在载体表面，浸渍时间比常规浸渍法缩短一半。催化反应温度为200-550℃，压力为0.1-0.5MPa，N2O浓度为1000-5000ppm，氦气为平衡气，混合气体气时空速范围为5000-50000h-1条件下进行N2O分解。载体晶化时间5-7天，对催化反应活性影响显著，本发明制备技术简单，制备的催化剂具有高效的催化活性和稳定性，在400℃时N2O分解率即达到100％，并具有高效的N2O分解活性。
文档编号B01D53/86GK101786011SQ200910045878
公开日2010年7月28日 申请日期2009年1月23日 优先权日2009年1月23日
发明者匡伟伟, 徐华龙, 沈伟, 沈震浩, 童挺, 邱建立 申请人:复旦大学;上海华谊集团上硫化工有限公司