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高度行業廢氣的洗淨 - 低坦佩的功能催化劑

包括的事宜

背景

概要

研究的背景

研究的歷史記錄

研究的說明

未來遠景

背景

·         允許由有害的可變的有機化合物氧化作用的刪除當前在工廠廢氣的一種新穎的白金氧化鋁催化劑被開發了。

·         回應溫度是 100 個 ºC 低比當前回應溫度。

·         這種催化劑的熱變電阻是大約 200 ºC 更高,并且沒有惡化在高溫。

概要

銳彥 Osaki,高級研究員, Meso 多孔陶瓷組 (KOJI Tajiri,組領導先鋒) 可持續發展 (Mamoru Nakamura,主任) 材料研究所和先進的銲接的技術組 (KOJI Watari,組領導先鋒) 先進的製造研究所 (Hideto Mitome,主任),從先進的行業科學技術 (AIST, Hiroyuki 芳川,主任) 國家學院,與 NGK 有限公司裝绝緣體工一起 (请避開 Matsushita,總統),在開發一種高度多孔白金氧化鋁催化劑成功用於行業廢氣 purificators (圖 1) 與高溫阻力的特性加上高效率。

回應溫度此催化劑低於正在使用中的催化劑的回應溫度是 100 ºC,并且改進了熱變電阻對大約 200 ºC。 此催化劑的特性,與使用低成本氫氧化鋁一起作為這種原材料和低成本的實施和簡單的進程例如冰凍乾燥,將導致其應用傳播。

AZoNano - 納米技術 A 到 Z - 對新的催化劑的申請

圖 1。

AZoNano - 納米技術 A 到 Z - 白金氧化鋁長度 cryogel 催化劑 (直徑的 18 mm 和 23 mm)

圖 2。

研究的背景

支持催化劑包含白金的或其他稀有金屬微粒氧化鋁為刪除使用由在工廠廢氣包括 VOC (可變的有機化合物) 的氧化作用。 傳統上,這些催化劑用授孕方法準備容易地支持稀有金屬微粒。 然而,此方法有作為缺點稀有金屬的低分散性和微粒直徑的非同質性。 而且,因為這個溫度在這個催化反應時到達數百個程度,表面被銲接微粒減少。 在結果,催化作用被減少,并且壽命縮短 (圖 3)。

AZoNano - 納米技術 A 到 Z - 當前和新技術比較

圖 3。

研究的歷史記錄

在會計年度期間 2003 至 2005年, AIST 和 NGK 裝绝緣體工執行了對低環境影響進程的一個聯合研究計劃 「研究」,基於系統費用間接費用共用 (「比賽基金系統 ")。 作為此研究一部分,一種非常有效率的催化劑的發展 VOC 氣體的洗淨的在陶瓷的鍛燒時導致的繼續處理。 VOC 氣體由聚合物粘合劑的燃燒在陶瓷的準備時混合的導致。

研究的說明

基於高度多孔材料製造的技術被開發在 AIST,一個同類的白金氧化鋁膠凝體的一個更新過程方法注重了,当冰凍乾燥被選擇作為一個低成本和簡單的進程烘乾此膠凝體 (圖 3)。

結果,不僅催化作用和耐久性的改善在達到的高溫,但是也是可能的製造與高耐久性特性 (圖 2) 的一新的高度多孔白金氧化鋁陶瓷體。 當材料通過冰凍乾燥的低溫是製作的,它被命名了 「白金氧化鋁 cryogel」。

Boehmite sol,低成本氫氧化鋁,是此 cryogel 催化劑的原材料。 對螯合劑的使用例如草酸和丙二酸的酸,當添加白金來源到 sol 時,保護白金離子,造成鉑黑的降雨雪抑制和導致超細白金微粒同類的散射。 因為這個冰凍乾燥的進程被執行,无需使用溶劑這個潮濕的膠凝體的替換件的,沒有稀有金屬離子溢出。

甲烷刪除在航空的由氧化作用被執行估計被製造的 cryogel 催化劑的效率。 如圖 4 所顯示,達到在回應溫度大約 100 ºC 的滿足的刪除當前催化劑低於那是可能的。

AZoNano - 納米技術 A 到 Z - 甲烷在白金氧化鋁催化劑的氧化作用活動

圖 4。

近來,得到抗熱能力催化劑使用傳統製造方法,是不可能的,并且銲接超白金微粒發生了。 一旦 cryogel 催化劑有大約 1 毫微米 (1 毫微米白金微粒的同類的配電器: 1/109 米) 在大小上 (圖 5)。 認為 cryogel 承運人和超細白金微粒之間的一個強相互作用妨害銲接微粒,給予典型一個的熱變電阻對這種催化劑。 此超微細結構可能也確定這個催化反應有效提前甚而在低溫。

AZoNano - 納米技術 A 到 Z - 超在白金氧化鋁 Cryogel 的細白金微粒。 白金 5 wt%; 交通事故多發地段對應於超細白金微粒直徑的 1 毫微米

圖 5。

在氧化鋁 cryogel 微粒的表面的更改根據這個鍛燒的溫度的在表 6. 顯示。 商業氧化鋁表面迅速地減少在鍛燒,而是明顯的氧化鋁 cryogel 存在高熱變電阻特性。 硅土 (SiO2) 的添加進一步改進熱變電阻特性。

AZoNano - 納米技術 A 到 Z - 氧化鋁 cryogel 表面

圖 6。

圖 7 對應於氧化鋁 cryogel 的 TEM 圖像與 10 wt% 硅土添加 (1200ºC,鍛燒 5 的時數)。 詳細的氧化鋁微粒在鍛燒被觀察在高溫以後。 對於商業氧化鋁,一個粗糙的被銲接的結構已經是存在 1100ºC。 (圖 8; 請请注意到縮放比例在表 7 和 8)。 因此,在此 cryogel 我們可以期待承運人的不僅增加的耐久性和稀有金屬微粒,而且細金屬微粒長壽,以便能承受久回應時間在高溫。

AZoNano - 納米技術 A 到 Z - 與 10 wt% 硅土添加 (1200 ºC,鍛燒 5 的時數的氧化鋁 cryogel)

圖 7。

AZoNano - 納米技術 A 到 Z - 商業氧化鋁 (1100 ºC,鍛燒 5 的時數),這個縮放比例是大約圖 7 的 10 次

圖 8。

孔結構構成大多數製作的 cryogel 的數量,但是,既使當它是與低容積密度的一個多多孔機體 (幾乎相等到 0.06g/cm),由水的結構上的破壞沒有被觀察 (圖 9)。 沒有可測變化在濕前後在分別地被評定的毛孔分佈曲線上,表明使用一個常規浸沒方法支持細催化劑金屬微粒是可能的。 這些新的特性在也存在一大容量組成由毛孔的當前使用的氣凝膠不可能被觀察。

AZoNano - 納米技術 A 到 Z - 新開發的 cryogel 是穩定的在水中,而水導致結構上的破壞對正在使用中的氣凝膠

圖 9。

未來遠景

NGK 裝绝緣體工計劃進行廢氣洗淨測試使用在其自己的熔爐的被開發的白金氧化鋁 cryogel 催化劑銲接的陶瓷。

各種各樣的應用是開放的對在需要催化劑或催化劑載體高多孔性的應用的被開發的白金氧化鋁 cryogel 催化劑。

對 cryogels 的研究開始了。 進一步基本和應用的研究工作將綜合技術的發展指向白金氧化鋁 (Pt AlO) cryogel 的大規模的2生產的,為其應用傳播是關鍵的。 並且,使用其他稀有金屬例如鈀,銠、等等以及碱金屬將測試,并且給予水阻力的結構將調查。 終於,更加先進的技術設計,例如超過在 cryogel 的二種稀有金屬散射,將測試。

來源: AIST

關於此來源的更多信息请請參觀 AIST

Date Added: Aug 15, 2006 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 09:16

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