×
19.04.2019
219.017.2e3e

Результат интеллектуальной деятельности: КАТАЛИЗАТОР И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к катализаторам и способам их получения, предназначенным для использования в электродах электрохимических газовых сенсоров монооксида углерода и конверсии монооксида углерода в углекислый газ. Согласно изобретению при получении катализатора в водный раствор комплексов металлов платиновой группы и формиата лития дополнительно вводят водную суспензию наноалмаза с удельной поверхностью 250÷600 м/г и содержанием наноалмаза 30÷85 мас.% по отношению к чистому металлу, а синтез ведут при температуре 20÷40°С при рН=7 и концентрации кислот/солей в растворе от 10 до 10 моль/л. После этого наноалмаз, содержащий кластеры платины, предварительно активируют монооксидом углерода, а затем дополнительно покрывают кластерами золота и родия при следующем соотношении активных металлов в катализаторе: платина - 80÷98 мас.%, родий - 1÷10 мас.%, золото - 1÷10 мас.%. Техническим результатом изобретения является высокая селективность катализаторов при использовании их в индикаторных электродах электрохимических газовых сенсоров СО и высокой эффективностью в процессе конверсии монооксида углерода в углекислый газ в воздухе при 25°С. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Область техники.

Изобретение относится к катализаторам из металлов платиновой группы и золота на углеродном носителе и способам их получения, предназначенным для использования в электродах топливных элементов, электрохимических газовых сенсоров и других электрохимических устройств, а также для окисления монооксида углерода в углекислый газ.

Предшествующий уровень техники.

Известен платиновый катализатор (платиновая чернь), полученный восстановлением водного раствора платинохлорводородной кислоты (H2PtCl6·6H2O) следующими восстановителями: 1 - гидразингидратом, 2 - формиатами щелочных металлов, 3 - уксусной кислотой, 4 - формальдегидом (Черняев, И.И. Синтез комплексных соединений металлов платиновой группы: справочник. / И.И.Черняев; М.: Наука, 1964). Максимальная удельная поверхность платины (около 25-30 м2/г) достигается при использовании в качестве восстановителя формиата лития. Однако при применении таких катализаторов в электродах газовых сенсоров, топливных элементов и в процессе окисления монооксида углерода расход металла платиновой группы велик, и к тому же они теряют свои свойства во времени за счет агрегатирования частиц катализатора при приготовлении электродов. Для уменьшения расхода металла платиновой группы используют различные носители, на которые осаждают частицы металла платиновой группы.

Известен способ получения катализатора путем электрохимического осаждения металлов платиновой группы на частицы наноалмаза (Патент США 20050200260, 15.09.2005, МКИ H01M 4/90). К недостаткам такого метода следует отнести трудность получения катализатора отдельно от подложки, на которую нанесены частицы наноалмаза, и сложность процесса получения. Этот катализатор предназначен для применения в топливных элементах, то есть где требуется малая чувствительность к монооксиду углерода. Катализатор не эффективен при применении в газовых сенсорах CO.

Из известных катализаторов и способов их получения наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является катализатор и способ его получения, описанный в патенте США (Патент США 4136059. 1979 г., Кл. B01L 21/18). Метод приготовления катализатора заключается в нанесении платины на графит или сажу из коллоидного раствора в присутствии дитионита натрия с последующим восстановлением муравьиной кислотой. К недостаткам таких катализаторов и аналогичным им при применении в коммерческих электрохимических газовых сенсорах CO следует отнести низкую селективность сенсоров CO (отношение чувствительностей SCO/SH2 не превышает 5-8). Применение такого катализатора в катализаторах окисления монооксида углерода в углекислый газ неэффективно из-за низкой скорости окисления монооксида углерода в диапазоне температур 0-100°C.

Сущность изобретения

Задачей данного изобретения является получение катализатора с высокой удельной поверхностью и эффективностью при использовании его в электродах электрохимических газовых сенсоров CO и в реакциях окисления монооксида углерода в углекислый газ в диапазоне температур 0-50°C.

Указанный технический результат достигается тем, что катализатор для электрохимического и химического окисления монооксида углерода содержит один или несколько каталитически активных металлов на углеродном носителе, при этом в качестве углеродного носителя используют наноалмазный порошок с удельной поверхностью от 250 до 600 м2/г при содержании наноалмаза в катализаторе 30-85 мас.%.

Целесообразно, чтобы в качестве каталитически активных металлов использовали платину, родий и золото при следующем соотношении каталитически активных металлов (мас.%):

платина 80÷98
родий 1÷10
золото 1÷10

Катализатор получают следующим образом. В водный раствор солеи/кислот платины и формиата лития дополнительно вводят водную суспензию частиц наноалмаза с удельной поверхностью 250-600 м2/г и содержанием наноалмаза 30-85 мас.% по отношению к чистому металлу, а синтез ведут при температуре 20-40°C при pH=7 и концентрации кислот/солей в растворе от 10-3 до 10-2 моль/литр, а затем, после получения нанокластеров платины на поверхности частиц наноалмаза, порошок наноалмаза с кластерами платины дополнительно покрывают кластерами золото родиевого сплава с содержанием золото-родиевого сплава от 2 до 20 мас.% по отношению к платине. Нанесение золото-родиевого сплава на кластеры платины осуществляют следующим образом: сначала наноалмаз, содержащий кластеры платины, активируют смесью азота и монооксида углерода с содержанием CO 1-10 об.% в течение 5-10 мин. После этого порошок активированного наноалмаза с кластерами платины вносят в водный раствор солей/кислот золота и родия и формиата лития, а синтез ведут при 20-30°C при pH=7 и концентрации кислот/солей в растворе от 10-3 до 10-2 моль/л. Внесение частиц наноалмаза в раствор снижает температуру выделение осадка до 20-40°C, т.е реакция идет в мягких условиях, что позволяет получать катализатор с более высокой удельной поверхностью. При последующем восстановлении металл закрепляется на поверхности частиц наноалмаза. Активация кластеров платины позволяет нанести кластеры золото родиевого сплава на поверхность кластеров платины из раствора солей/кислот золота и родия и повысить каталитическую активность в реакции окисления CO. В полученном таким образом катализаторе доля поверхностных атомов каталитически активного металла составляет 20-30 мас.% от общего количества атомов активного металла, что и обеспечивает высокую каталитическую активность катализатора при применении в электродах газовых сенсоров CO и в катализаторах для окисления монооксида углерода.

Описание катализатора и способа его получения

В качестве основы для нанесения металла платиновой группы использовали порошок детонационного наноалмаза (УДА) с удельной поверхностью 320 м2/г.

Нанокатализатор для электрохимического окисления CO получают следующим образом (Образец 1).

1. Сначала в 200 мл дистиллированной воды растворяют 0,265 г H2PtCl6·6H2O, а затем нейтрализуют водным раствором углекислого натрия до pH=7. Затем вливают раствор 100 мл формиата лития (1 мас.%) при 20°C. При этом выделение осадка не происходит.

2. В дистиллированной воде объемом 200 мл суспендируют порошок наноалмаза массой 100 мг.

3. Затем в раствор, содержащий растворенную H2PtCl6·6H2O, нейтрализованную углекислым натрием до pH=7, и содержащий формиат лития, вливают 200 мл водной суспензии наноалмаза и выдерживают при температуре 30-40°C в течение 10-15 мин. В течение нескольких минут происходит выделение осадка. Осадок отмывают дистиллированной водой и сушат при 40°C. При этом получают порошок наноалмаза с содержанием платины 50 мас.%.

4. Затем в 20 мл дистиллированной воды растворяют 0,002 г HAuCl4·4H2O и 0,022 г RhCl3·2H2O, а затем нейтрализуют водным раствором углекислого натрия до pH=7. Затем вливают раствор 10 мл формиата лития (1 мас.%).

5. В дистиллированной воде объемом 400 мл суспендируют порошок наноалмаза (массой 180 мг), содержащий платину.

6. В раствор, содержащий HAuCl4·4H2O и RhCl3·2H2O, нейтрализованные углекислым натрием до рН=7, и содержащий формиат лития вливают 400 мл водной суспензии наноалмаза, содержащего платину. В течение 10-15 мин раствор выдерживают при 20-30°C, а затем осадок отмывают дистиллированной водой и сушат при 40°C. При этом получают порошок наноалмаза с содержанием платины - 45 мас.%, родия - 9 мас.%, золота - 1 мас.%, остальное - углерод. Удельная поверхность катализатора 200 м2/г.

Нанокатализатор для химического окисления CO получают следующим образом (Образец 2).

1. Сначала в 100 мл дистиллированной воды растворяют 0,1 г H2PtCl6·6H2O, а затем нейтрализуют водным раствором углекислого натрия до pH=7. Затем вливают раствор 50 мл формиата лития (1 мас.%) при 20°C. При этом выделение осадка не происходит.

2. В дистиллированной воде объемом 200 мл суспендируют порошок наноалмаза массой 100 мг.

3. Затем в раствор, содержащий растворенную H2PtCl6·6H2O, нейтрализованную углекислым натрием до pH=7, и содержащий формиат лития вливают 200 мл водной суспензии наноалмаза и выдерживают при температуре 30-40°C в течение 10-15 мин. В течение нескольких минут происходит выделение осадка. Осадок отмывают дистиллированной водой и сушат при 40°C. При этом получают порошок наноалмаза с содержанием платины 26 мас.%.

4. Затем в 30 мл дистиллированной воды растворяют 0,005 г HAuCl4·4H2O и 0,005 г RhCl3·2H2O, а затем нейтрализуют водным раствором углекислого натрия до pH=7. Затем вливают раствор 10 мл формиата лития (1 вес.%).

5. В дистиллированной воде объемом 300 мл суспендируют порошок наноалмаза (массой 130 мг), содержащий платину.

6. В раствор, содержащий HAuCl4·4H2O и RhCl3·2H2O, нейтрализованные углекислым натрием до pH=7, и содержащий формиат лития, вливают 400 мл водной суспензии наноалмаза, содержащего платину. В течение 10-15 мин раствор выдерживают при 20-30°C, а затем осадок отмывают дистиллированной водой и сушат при 40°C. При этом получают порошок наноалмаза с содержанием платины - 24 мас.%, родия - 1 мас.%, золота - 1 мас.%, остальное - углерод. Удельная поверхность катализатора 260 м2/г.

Удельную поверхность образцов измеряли методом БЭТ, а содержание элементов - методом рентгеноспектрального локального микроанализа. При определении каталитических свойств катализатора измеряли токи реакции электрохимического окисления CO и водорода в газовом электроде на основе нанокатализатора и твердого электролита:

Индикаторный электрод сенсора (видимая поверхность электрода равна 0,125 см2) представлял собой смесь твердого протонного электролита Sb2O5·nH2O (n=2-3) и нанокатализатора (Образец 1).

Индикаторный электрод: масса - 2 мг, состав - 25 мас.% нанокатализатор, остальное протонный электролит - Sb2O5·nH2O (n=2-3). Целью данного опыта являлось определение токов реакции электрохимического окисления СО и водорода в газовом электроде на основе нанокатализатора и твердого электролита. Измерения проводили при концентрации CO или H2 100 ppm (1 ppm=1 млн-1). Измерение скоростей электрохимического окисления проводили при окислительном потенциале 800 мВ относительно стандартного водородного электрода.

Таблица 1
Экспериментальные значения токов реакции (1) и (2).
Температура и влажность T=0°C
RH=20%
T=0°C
RH=80%
T=20°C
RH=20%
T=20°C
RH=80%
T=40°C
RH=20%
T=40°C
RH=80%
I(CO) 105 nA 100 nA 145 nA 135 nA 200 nA 187 nA
I(H2) 3 nA 3 nA 4,5 nA 4,5 nA 7 nA 7 nA
KC=I(CO)/I(H2) 35 33 32 30 29 28

где RH - относительная влажность воздуха, I(CO) - ток реакции (1), I(H2) - ток реакции (2), KC - коэффициент селективности, 1 nA=10-9 A.

Как видно из таблицы, нанокатализатор обладает высокой селективностью при электрохимическом окислении CO. Испытания катализатора (Образец 2) в процессе конверсии монооксида углерода в углекислый газ в воздухе показали, что степень конверсии монооксида углерода в углекислый газ равна 95% при 25°C и приведенной скорости потока 0,2 л/с на 1 г активного металла в катализаторе. При этом катализатор на саже с удельной поверхностью 200 м2/г, приготовленный по методу, описанному в патенте США 4136059. 1979 г., Кл. B01L 21/18, показал степень конверсии монооксида углерода в углекислый газ менее 1% при 25°C и приведенной скорости потока 0,2 л/с на 1 г платины в катализаторе. Исследования степени конверсии монооксида углерода проводили при концентрации CO в воздухе равной 100 ppm и CO2=300 ppm.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 26 items.
11.03.2019
№219.016.dd5e

Биядерные нитрозильные комплексы железа с бензазагетероциклическими производными, способ их получения

Настоящее изобретение относится к биядерному нитрозильному комплексу железа с бензазагетероциклическими производными общей формулы [Fe(SR)(NO)], где и где X представляет собой NH, S, R представляет низший алкил. Также предложены способ его получения, донор монооксида азота, применение в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002441872
Дата охранного документа: 10.02.2012
11.03.2019
№219.016.dd96

Катализатор полимеризации и сополимеризации этилена, способ его приготовления и способ получения полиэтиленов с использованием этого катализатора

Изобретение относится к области химической промышленности, в частности к созданию катализаторов, позволяющих получать полиэтилены средней и низкой плотности из этилена в качестве единственного сырья с использованием однореакторной схемы. Катализатор включает тетрациклопентадиенилцирконий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002462479
Дата охранного документа: 27.09.2012
11.03.2019
№219.016.ddda

Применение биядерного сера-нитрозильного комплекса железа катионного типа в качестве вазодилататорного лекарственного средства

Изобретение относится к применению биядерного сера-нитрозильного комплекса железа катионного типа формулы [Fe(SCHNO)(NO)]·5HO в качестве вазодилататорного средства и для получения лекарственного средства для лечения ишемических заболеваний. Изобретение обеспечивает расширение арсенала...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002460531
Дата охранного документа: 10.09.2012
20.03.2019
№219.016.e7b6

Способ получения бутена-1

Изобретение относится к способу получения бутена-1 путем димеризации этилена при давлении 0,5-4 МПа и температуре 50-95°С в среде углеводородного растворителя в присутствии каталитической системы, состоящей из триалкила алюминия - АlR, в котором R - углеводородный радикал, содержащий 1-6...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002429216
Дата охранного документа: 20.09.2011
29.03.2019
№219.016.f79b

Водорастворимые биядерные катионные нитрозильные комплексы железа с природными алифатическими тиолилами, обладающие цитотоксической, апоптотической и no-донорной активностью

Изобретение относится к биядерному катионному нитрозильному комплексу железа с природными алифатическими тиолилами общей формулы [Fe(SR)(NO)]SO, где R представляет собой алифатические лиганды природного происхождения. Также предложены способ получения биядерного катионного нитрозильного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002441873
Дата охранного документа: 10.02.2012
10.04.2019
№219.017.068e

Способ получения 2-азидо-4,6-дихлортриазина

Изобретение относится к области органической химии, в частности к усовершенствованному способу получения 2-азидо-4,6-дихлортриазина (АДХТ), использующегося в синтезе энергоемкого мономера 2-азидо-4,6-бис(пропаргилокси)-1,3,5-триазина. Описываемый способ заключается в том, что раствор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002423356
Дата охранного документа: 10.07.2011
10.04.2019
№219.017.08b0

Способ получения 2-азидо-4,6-ди(пропаргилокси)-1,3,5-триазина

Изобретение относится к методу получения 2-азидо-4,6-ди(пропаргилокси)-1,3,5-триазина (АБПОТ), который используется для получения энергоемкого триазин-триазольного сверхразветвленного полимера. Предложенный способ получения 2-азидо-4,6-ди(пропаргилокси)-1,3,5-триазина заключается во...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002437873
Дата охранного документа: 27.12.2011
10.04.2019
№219.017.09be

Способ получения гидроксипроизводных стирилхинолинов

Изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения гидроксипроизводных стирилхинолинов, используемых в синтезе ингибиторов липоксигеназы или фосфолипазы и/или антагонистов лейкотриена, обладающих противоаллергическими и противовоспалительными свойствами. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002462455
Дата охранного документа: 27.09.2012
27.04.2019
№219.017.3e1b

1-замещенные 3-(2-хлор-1н-индол-3-ил)-4-фенил-1н-пиррол-2,5-дионы и их применение для фотохимического генерирования стабильных флуоресцирующих соединений и 2,8-замещенные бензо[а]пирроло[3,4-с]карбазол-1,3-(2н,8н)-дионы и их применение в качестве флуорофоров

Изобретение относится к новым 1-замещенным 3-(2-хлор-1Н-индол-3-ил)-4-фенил-1Н-пиррол-2,5-дионам формулы I: где R означает Н, C-Салкил; R означает C-Салкил, бензил, фенил, которые под действием видимого света образуют флуоресцирующие 2,8-замещенные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002402547
Дата охранного документа: 27.10.2010
29.04.2019
№219.017.45b2

Способ очистки многослойных углеродных трубок

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано в качестве компонента композиционных материалов. Многослойные углеродные нанотрубки получают пиролизом углеводородов с использованием катализаторов, содержащих в качестве активных компонентов Fe, Co, Ni, Mo, Mn и их комбинаций, а...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002430879
Дата охранного документа: 10.10.2011
Showing 1-8 of 8 items.
27.01.2013
№216.012.2048

Дистанционная рамка для стеклопакетов

Настоящее техническое решение относится к области строительства, а именно к дистанционной рамке для стеклопакетов в виде замкнутого полого профиля с поперечным сечением в форме плоской геометрической фигуры, одна из сторон которой совместно с продольной стороной профиля образует грань профиля с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473765
Дата охранного документа: 27.01.2013
29.12.2017
№217.015.f2f6

Электроактивный полимер, электроактивный гибридный наноматериал, гибридный электрод для суперконденсатора и способы их получения

Изобретение относится к области создания электроактивных полимеров - N-замещенных полианилинов (ПАНИ) и гибридных наноматериалов на основе этих полимеров и многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ), которые могут быть использованы для получения высокоэффективных электродных материалов для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637258
Дата охранного документа: 01.12.2017
29.05.2018
№218.016.5481

Электроизоляционная конструкция с гидрофобным покрытием

Изобретение относится к линейным подвесным изоляторам воздушных линий электропередач. Изолятор содержит металлическую шапку (1), металлический стержень (2), изоляционную деталь из закаленного стекла (3), которая состоит из головки (4) и тарелки (5) с ребрами (6) или без ребер на нижней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654076
Дата охранного документа: 16.05.2018
16.06.2018
№218.016.623f

Способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта

Изобретение относится к области подводного судостроения, в частности к способам и системам управления дифферентом буксируемых подводных объектов. Предложен способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта 1 с узлом крепления гибкой связи 3 в верхней части подводного объекта,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657701
Дата охранного документа: 14.06.2018
20.02.2019
№219.016.c179

Катализатор для окисления монооксида углерода и способ его получения

Изобретение относится к области химии, в частности к катализаторам и их получению. Описан катализатор для окисления монооксида углерода, содержащий пористый оксидный носитель, один или несколько каталитически активных металлов платиновой группы и наноалмаз, на котором закреплены кластеры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002411993
Дата охранного документа: 20.02.2011
23.02.2019
№219.016.c727

Уф-фотоприемник на основе органических материалов

Изобретение относится к фотодиодам, чувствительным к ультрафиолетовой области спектра. Сущность изобретения: приемник УФ-излучения с пониженной чувствительностью в видимой области спектра состоит из прозрачного слоя инжекции дырок - анода, нанесенного на твердую прозрачную подложку,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002289871
Дата охранного документа: 20.12.2006
15.03.2019
№219.016.e0f9

Адаптивный электронный выключатель аккумуляторной батареи

Адаптивный электронный выключатель аккумуляторной батареи относится к электрооборудованию транспорта и может быть использован для автоматического отключения аккумулятора при повреждении узлов и при опасных ситуациях. Технический результат - повышение надежности. Сущность заключается в том, что...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002453960
Дата охранного документа: 20.06.2012
05.06.2023
№223.018.7778

Способ управления рысканьем буксируемого подводного объекта

Изобретение относится к области подводного судостроения и касается регулирования рысканья подводных устройств. Предложен способ управления рысканьем буксируемого подводного объекта, заключающийся в том, что за счет расположения узла крепления гибкой связи в верхней части подводного объекта на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002757516
Дата охранного документа: 18.10.2021
+ добавить свой РИД