專利名稱：：處理氮氧化物/一氧化碳混合氣體的方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種氮氧化物／一氧化碳混合氣體處理方法；具體地說，是涉及一種用負載金屬的活性碳纖維處理氮氧化物／一氧化碳混合氣體的方法。眾所周知，氮氧化物和一氧化碳氣體是大氣污染的主要物質，他們會引起光化學煙霧的形成，還會直接與生物體的血紅朊的結合而引起中毒。隨著汽車用量的大幅度增加以及然油鍋爐等設備的尾氣排放，氮氧化物和一氧化碳氣體的污染已經成為環(huán)境治理的一個重要課題。關于使用金屬負載催化劑處理單一組份的氮氧化物或一氧化碳氣體已經有大量的文獻報道。一般，氮氧化物在催化劑作用下用氨氣還原為氮氣，一氧化碳在催化劑作用下用氧氣氧化為二氧化碳。所用的催化劑載體通常為硅藻土、氧化硅、活性碳、分子篩等，但至今尚未有金屬負載活性碳纖維用于同時去除氮氧化物／一氧化碳混合氣體成果報道。本發(fā)明的目的是提供一種處理氮氧化物／一氧化碳混合氣體的方法，它采用一種吸附催化材料，即能同時將氮氧化物還原成氮氣，將一氧化碳氧化成二氧化碳，從而克服上述現(xiàn)有技術所存在的不足?；钚蕴祭w維主要由碳原子組成，擁有發(fā)達的比表面積和豐富的微孔，表面含有一系列官能團如羥基、羰基、內酯基等，它還有良好的氧化還原性能，因此用活性碳纖維作為催化劑載體不僅有利于對金屬的吸附和分散，而且活性碳纖維本身有活性載體的作用，此外活性碳纖維還具有重量輕、成型好、耐酸堿、耐溶劑腐蝕，柔韌性較好而不易振碎等特點。本發(fā)明依據(jù)活性碳纖維的特點，針對氮氧化物和一氧化碳污染的實際情況，經反復實驗，篩選出鈀-銅或鈀金屬基活性碳纖維作為吸附催化材料，對氮氧化物／一氧化碳混合氣體進行處理，取得良好的效果。本發(fā)明方法在汽車尾氣、鍋爐尾氣以及化工廠廢氣的處理方面有良好的應用前景。本發(fā)明的方法是采用負載鈀-銅或鈀金屬的活性碳纖維(也稱鈀-銅或鈀金屬基活性碳纖維)作為吸附催化材料，將其安裝(填充)于反應器中，在250～450℃下通入氮氧化物／一氧化碳混合氣體，經處理后，氮氧化物被還原為氮氣，一氧化碳被氧化為二氧化碳。本發(fā)明方法中的鈀-銅或鈀金屬基活性碳纖維可通過下述方法制備首先，將活性碳纖維浸泡在含鈀(Ⅱ)化合物和銅(Ⅱ)化合物的混合水溶液或鈀(Ⅱ)化合物的水溶液中，振蕩吸附一定時間后，濾去溶液，取出纖維，烘干；然后，將負載鈀-銅或鈀的金屬基活性碳纖維置于高溫爐中，在氮氣保護下加熱處理，得到氮氧化物／一氧化碳混合氣體處理用的纖維吸附催化材料。在本發(fā)明方法中，活性碳纖維可以是常用的各種活性碳纖維(例如粘膠基活性碳纖維、聚丙烯腈基活性碳纖維、瀝青基活性碳纖維等)，可用短纖維，也可以用布狀或氈狀活性碳纖維。金屬化合物水溶液中鈀(Ⅱ)和銅(Ⅱ)的濃度分別控制在500-5000ppm。浸泡時的固／液比控制在1／50-1／250克纖維／毫升溶液。振蕩吸附時間為10-30小時。烘干采用普通干燥箱在110-120℃干燥。鈀(Ⅱ)和銅(Ⅱ)的總負載量為1-15wt％。纖維的熱處理溫度控制在300-500℃，熱處理時間為60-180分鐘。反應器溫度控制為250-450℃(最好為300-400℃)，混合氣的流速為20-250厘米／分鐘。通常，纖維的熱處理溫度為400℃較好，熱處理時間超過60分鐘后對催化活性影響不大。催化反應溫度對一氧化氮／一氧化碳混合氣體的轉化率有重要影響。催化溫度低于250℃時，催化轉化率很低，隨著催化溫度升高，對混合氣體的催化轉化率上升。催化劑的總負載量達5．0％時，催化性能最佳。單組份銅負載的活性碳纖維對一氧化氮／一氧化碳混合氣體也有催化轉化作用，但與鈀-銅金屬基活性碳纖維相比在達到相同催化效果時所用的鈀量較大，從而生產成本較高。當混合氣中一氧化碳的濃度大于一氧化氮濃度時，總催化轉化率下降，當一氧化氮過量時，負載鈀活性碳纖維的總催化轉化率仍很高。當一氧化氮／一氧化碳混合氣體的總流速增大時，催化效率下降。表1列出部分鈀-銅和鈀金屬基活性碳纖維的制備條件。表1<tablesid="table1"num="001"><table>樣品編號Pd(Ⅱ)濃度(mol／L)Pd(Ⅱ)體積(mL)Cu(Ⅱ)濃度(mol／L)Cu(Ⅱ)體積(mL)活性碳纖維重量(g)浸泡時間(h)總負載量(wt％)ACF-Pd-Cu-10．0094250．0629251．02242．7ACF-Pd-Cu-20．0094500．0629501．02245．0ACF-Pd-Cu-30．0094750．0629751．02247．7ACF-Pd-Cu-40．00941000．06291001．01249．8ACF-Pd-Cu-50．00941250．06291251．022410．4ACF-Pd-60．009475001．09244．1</table></tables>圖1為一氧化氮／一氧化碳混合氣體的氣相色譜圖。圖中峰一為殘余的氮等雜質峰，峰二為一氧化氮／一氧化碳的峰。圖2為經負載鈀-銅金屬基活性碳纖維處理后的尾氣氣相色譜圖。處理后一氧化氮／一氧化碳的峰(峰二)減弱(根據(jù)處理前后的峰面積計算轉化率)。以下通過實施例對氮氧化物／一氧化碳混合氣體的處理作進一步說明實施例1．將總負載量為5．0％的負載鈀-銅的金屬基活性碳纖維置于(填充)反應器(或高溫爐)中，在氮氣保護下加熱至400℃處理120分鐘。然后將反應器溫度調節(jié)至300℃，按98cm／min的流速通入氮氧化物／一氧化碳混合氣(其中氮氧化物／一氧化碳的體積濃度比為1∶1)，經處理后一氧化氮和一氧化碳的總轉化率為100％。實施例2．將總負載量為10．4％的負載鈀-銅的金屬基活性碳纖維置于(填充)反應器(或高溫爐)中，在氮氣保護下加熱至400℃處理120分鐘。然后將反應器溫度調節(jié)至300℃，按98cm／min的流速通入氮氧化物／一氧化碳混合氣(其中氮氧化物／一氧化碳的濃度比為1∶2)，經處理后一氧化氮和一氧化碳的總轉化率為54％。實施例3．將總負載量為5．0％的負載鈀-銅的金屬基活性碳纖維置于(填充)反應器(或高溫爐)中，在氮氣保護下加熱至400℃處理120分鐘。然后將反應器溫度調節(jié)至300℃，按98cm／min的流速通入氮氧化物／一氧化碳混合氣(其中氮氧化物／一氧化碳的濃度比為2∶1)，經處理后一氧化氮和一氧化碳的總轉化率為100％。實施例4．將總負載量為7．7％的負載鈀-銅的金屬基活性碳纖維置于(填充)反應器(或高溫爐)中，在氮氣保護下加熱至400℃處理120分鐘。然后將反應器溫度調節(jié)至300℃，按98cm／min的流速通入氮氧化物／一氧化碳混合氣(其中氮氧化物／一氧化碳的濃度比為3∶1)，經處理后一氧化氮和一氧化碳的總轉化率為100％。實施例5．將總負載量為2．7％的負載鈀-銅的金屬基活性碳纖維置于(填充)反應器(或高溫爐)中，在氮氣保護下加熱至400℃處理120分鐘。然后將反應器溫度調節(jié)至300℃，按56cm／min的流速通入氮氧化物／一氧化碳混合氣(其中氮氧化物／一氧化碳的濃度比為1∶1)，經處理后一氧化氮和一氧化碳的總轉化率為33％。實施例6．將總負載量為4．1％的負載鈀的金屬基活性碳纖維置于(填充)反應器(或高溫爐)中，在氮氣保護下加熱至400℃處理120分鐘。然后將反應器溫度調節(jié)至250℃，按56cm／min的流速通入氮氧化物／一氧化碳混合氣(其中氮氧化物／一氧化碳的濃度比為1∶1)，經處理后一氧化氮和一氧化碳的總轉化率為3％。實施例7．將總負載量為4．1％的負載鈀的金屬基活性碳纖維置于(填充)反應器(或高溫爐)中，在氮氣保護下加熱至400℃處理120分鐘。然后將反應器溫度調節(jié)至300℃，按56cm／min的流速通入氮氧化物／一氧化碳混合氣(其中氮氧化物／一氧化碳的濃度比為1∶1)，經處理后一氧化氮和一氧化碳的總轉化率為100％。實施例8．將總負載量為4．1％的負載鈀的金屬基活性碳纖維置于(填充)反應器(或高溫爐)中，在氮氣保護下加熱至400℃處理120分鐘。然后將反應器溫度調節(jié)至350℃，按56cm／min的流速通入氮氧化物／一氧化碳混合氣(其中氮氧化物／一氧化碳的濃度比為1∶1)，經處理后一氧化氮和一氧化碳的總轉化率為100％。實施例9．將總負載量為7．7的負載鈀-銅的金屬基活性碳纖維置于(填充)反應器(或高溫爐)中，在氮氣保護下加熱至500℃處理60分鐘。然后將反應器溫度調節(jié)至300℃，按56cm／min的流速通入氮氧化物／一氧化碳混合氣(其中氮氧化物／一氧化碳的濃度比為1∶1)，經處理后一氧化氮和一氧化碳的總轉化率為100％。實施例10．將總負載量為7．7的負載鈀-銅的金屬基活性碳纖維置于(填充)反應器(或高溫爐)中，在氮氣保護下加熱至400℃處理120分鐘。然后將反應器溫度調節(jié)至300℃，按56cm／min的流速通入氮氧化物／一氧化碳混合氣(其中氮氧化物／一氧化碳的濃度比為1∶2)，經處理后一氧化氮和一氧化碳的總轉化率為80％。實施例11．將總負載量為7．7的負載鈀-銅的金屬基活性碳纖維置于(填充)反應器(或高溫爐)中，在氮氣保護下加熱至300℃處理180分鐘。然后將反應器溫度保持在300℃，按140cm／min的流速通入氮氧化物／一氧化碳混合氣(其中氮氧化物／一氧化碳的濃度比為1∶1)，經處理后一氧化氮和一氧化碳的總轉化率為95％。實施例12．將總負載量為7．7的負載鈀-銅的金屬基活性碳纖維置于(填充)反應器(或高溫爐)中，在氮氣保護下加熱至400℃處理120分鐘。然后將反應器溫度調節(jié)至300℃，按200cm／min的流速通入氮氧化物／一氧化碳混合氣(其中氮氧化物／一氧化碳的濃度比為1∶1)，經處理后一氧化氮和一氧化碳的總轉化率為80％。本發(fā)明方法中，負載鈀-銅或鈀的金屬基活性碳纖維的填充密度為0．1～0．2克／毫升，催化床厚度3～6cm時對CO／NO混合氣體的轉化率基本沒有影響。催化劑的催化性能穩(wěn)定，壽命長。當NO和CO的濃度均為10000ppm，催化反應溫度300℃時，催化劑連續(xù)使用約100小時后，催化劑的催化效率仍然保持100％。權利要求1.一種處理氮氧化物／一氧化碳混合氣體的方法，采用負載鈀-銅或鈀金屬的活性碳纖維作為吸附催化材料，將其安裝于反應器中，在250～450℃下通入氮氧化物／一氧化碳混合氣體，經處理后氮氧化物被還原為氮氣，一氧化碳被氧化為二氧化碳。2.按照權利要求1所述的方法，其特征是所用的負載鈀-銅或鈀金屬的活性碳纖維是由下述方法制備而成的首先，將活性碳纖維浸泡在含鈀(Ⅱ)化合物和銅(Ⅱ)化合物的混合水溶液或鈀(Ⅱ)化合物的水溶液中，振蕩吸附10～30小時，濾去溶液，取出纖維，烘干；然后，將所得負載鈀-銅或鈀的金屬基活性碳纖維在氮氣保護下，300～500℃加熱處理，得到所需的纖維吸附催化材料。3.按照權利要求2所述的方法，其特征是浸泡纖維的金屬化合物水溶液中的鈀(Ⅱ)和銅(Ⅱ)的濃度分別為500～5000ppm，浸泡時固／液比為1／50～1／250克纖維／毫升溶液。4.按照權利要求1所述的方法，其特征是混合氣體流經反應器的速度為20～500厘米／分鐘。5.按照權利要求1所述的方法，其特征是通入氮氧化物／一氧化碳混合氣體時反應器的溫度為300-400℃。全文摘要本發(fā)明涉及一種氮氧化物/一氧化碳混合氣體處理方法。該方法采用負載鈀－銅或鈀金屬的活性炭纖維為吸附催化材料,填充于反應器中并控制于預定溫度,將氮氧化物/一氧化碳混合氣體按一定流速通過反應器,氮氧化物即被還原成為氮氣,一氧化碳即被氧化為二氧化碳。文檔編號B01J32/00GK1279122SQ0011732公開日2001年1月10日申請日期2000年8月4日優(yōu)先權日2000年8月4日發(fā)明者符若文,杜秀英,曾漢民申請人:中山大學