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DE3003793A1 - Katalysatoren zur ozonvernichtung in ozonhaltiger luft und ozonhaltigen gasen und ihre herstellung - Google Patents

Katalysatoren zur ozonvernichtung in ozonhaltiger luft und ozonhaltigen gasen und ihre herstellung

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Publication number
DE3003793A1
DE3003793A1 DE19803003793 DE3003793A DE3003793A1 DE 3003793 A1 DE3003793 A1 DE 3003793A1 DE 19803003793 DE19803003793 DE 19803003793 DE 3003793 A DE3003793 A DE 3003793A DE 3003793 A1 DE3003793 A1 DE 3003793A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
manganese
silver
catalysts according
organic
carrier
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19803003793
Other languages
English (en)
Inventor
Johannes Dipl Che Kioustelidis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Joh A Benckiser GmbH
Original Assignee
Joh A Benckiser GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Joh A Benckiser GmbH filed Critical Joh A Benckiser GmbH
Priority to DE19803003793 priority Critical patent/DE3003793A1/de
Publication of DE3003793A1 publication Critical patent/DE3003793A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/66Silver or gold
    • B01J23/68Silver or gold with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/8671Removing components of defined structure not provided for in B01D53/8603 - B01D53/8668
    • B01D53/8675Ozone

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
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  • Biomedical Technology (AREA)
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  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

  • Katalysatoren zur Ozonvernichtung in ozonhaltiger Luft
  • und ozonhaltigen Gasen und ihre Herstellung Gegenstand der Erfindung sind Katalysatoren zur Ozonvernichtung in Luft oder Gasen, bestehend aus einem anorganischen Träger und darauf aufgebrachten Metallen und Metalloxiden sowie die Herstellung der Katalysatoren.
  • Ozon wird heute als Oxidations- und Desinfektionsmittel auf den verschiedensten Gebieten mit Erfolg eingesetzt und überall dort fällt auch ozonhaltige Abluft oder ozonhaltiges Gas an. Beispielsweise bei der Verwendung von Ozon zur Reinigung und Desinfektion von Schwimmbadwasser, Trink- und Gebrauchswasser, in Brauereien, bei der Abwasseraufbereitung usw. Mit Ozon angereicherte Luft entsteht häufig in Räumen von Krankenhäusern, in denen Ozon zur Desinfektion benutzt wird oder auch in Räumen, in denen mit UV-Hochdrucklampen und W-Strahlern gearbeitet wird.
  • Wie bekannt, ist Ozon ein sehr toxisches Reizgas und schon kleinste Mengen von ca. 0,5 ppm in der Luft können bei längerer Einwirkung gesundheitsschädlich sein. Es treten Reizungen der Schleimhäute auf und es kann auch zu Störungen des zentralen Nervensystems kommen. Es ist deshalb sehr wichtig, geeignete Katalysatoren zu entwickeln, mit denen es möglich ist, schon geringe Ozonmengen in der Luft oder anderen Gasen zu vernichten.
  • Aus der deutschen Patentschrift 1 133 154 sind schon Oxide von Eisen, Blei, Cobalt, Nickel, Kupfer oder Silber als Katalysatoren zur Ozonvernichtung bekannt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die katalytische Wirksamkeit dieser Oxide hinsichtlich ihrer Ergiebigkeit und Lebensdauer erst bei Anwendung hoher Temperaturen (80 - 120 OC) ausreichend ist. Da die Abgase in der Regel eine Temperatur von 20 - 25 °C besitzen, ist eine Temperaturerhöhung mit höheren Kosten sowohl apparativ (korrosionsbeständige Werkstoffe) wie energiemäßig verbunden.
  • In der DE-OS 1 966 535 werden als Katalysatoren zur Ozonvernichtung oxidische Mischungen aus Nickel (2)- und (3)-oxid mit und ohne Dotierung von Lithiumoxid, aus Mangan (4)-oxid, Kupfer (1)- und (2)-oxid und Silberoxid auf einem Trägermaterial empfohlen. Aber auch bei diesen Katalysatorsystemen ist die katalytische Wirksamkeit, um Ozon bis zur Geruchsfreiheit «0,1 ppm) zu zerstören, erst oberhalb 50 °C ausreichend.
  • Es sind auch schon zur Ozonvernichtung in Luft Silber-Mangan-Katalysatoren eingesetzt worden, die durch Dotieren von synthetischem Manganoxid oder natürlichem Pyrolusiterz mit Silber erhalten werden. (DE-OS 25 37 090). Diese Katalysatoren wurden dort u.a. auch bei 20 °C verwendet. Bei dieser Temperatur ist jedoch die Reinigungsleistung für manche Anwendungszwecke noch nicht befriedigend.
  • Bei vielen bekannten Katalysatoren hat sich auch gezeigt, daß ihre mechanische Festigkeit zu wünschen übrig läßt.
  • Gegenstand der Erfindung sind Katalysatoren zur Ozonvernichtung in Luft oder Gasen, die diese Nachteile nicht besitzen.
  • Die neuen Katalysatoren sind dadurch gekennzeichnet, daß auf einem anorganischen Träger Mangan in oxidischer Form und Silber niedergeschlagen sind und daß der Träger mit einer Lösung einer sich bei 300 - 600 °C zersetzenden organischen Substanz vorbehandelt ist.
  • Unter Vorbehandlung des Trägers ist zu verstehen, daß der Träger vor dem Tempern mit einer Lösung einer organischen Substanz getränkt oder besprüht wird. Auf die Trägersubstanz werden auf diese Weise bis zu 50 g organische Verbindung pro 100 g Trägersubstanz gegeben.
  • Als anorganische Trägersubstanz kann Aluminiumoxid oder Siliciumoxid eingesetzt werden.
  • Die erfindungsgemäßen Katalysatoren enthalten 0,5 - 18 Gew.% Silber und 0,5 - 12 Gew.% Mangan, das überwiegend in oxydischer Form vorliegt.
  • Überraschenderweise ermöglichen die erfindungsgemäßen Katalysatoren den Ozonzerfall schon bei 15 - 25 °C mit hoher Wirksamkeit über lange Zeiträume. Es hat sich gezeigt, daß sich bei vergleichbaren Luft-Volumengeschwindigkeiten und Ozongehalten der Luft eine wesentlich höhere Wirksamkeit gegenüber bekannten Katalysatoren erreichen läßt. Die gute Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Katalysatoren bleibt selbst bei hoher Luftfeuchtigkeit (100 % relative Luftfeuchte) erhalten.
  • Die erfindungsgemäßen Katalysatoren werden auf einfache Weise erhalten, indem man eine anorganische Trägersubstanz mit einer Lösung einer Manganverbindung, einer Silberverbindung und einer organischen, bei 300 - 600 °C sich zersetzenden Verbindung tränkt oder besprüht, danach trocknet und bei 300 -600 °C tempert.
  • Auf die Trägersubstanz sollen vor dem Tempern Silberverbindung, berechnet als Silber, bis zu 20 g, Manganverbindung, berechnet als Mangan, bis zu 15 g und organische Verbindung bis zu 50 g pro 100 g Trägersubstanz aufgebracht sein.
  • Die anorganische Trägersubstanz soll vorzugsweise in Form von Granulaten oder Kugeln mit einem Teilchendurchmesser von ca. 1 - 3 mm vorliegen.
  • Geeignete Silber- und Manganverbindungen sind beispielsweise anorganische Salze wie Nitrate, Chloride, Carbonate, Bicarbonate. Wichtig ist ihre Löslichkeit in Wasser oder anderen Lösungsmitteln. Bevorzugt eingesetzt wird als Silberverbindung das leichtlösliche Silbernitrat und als Manganverbindung Mangannitrat.
  • An organischen Verbindungen können vor allem organische Carbonsäuren eingesetzt werden. Unter den organischen Carbonsäuren (einzeln oder im Gemisch) kommen vorzugsweise aliphatische Carbonsäuren wie Citronensäure, Essigsäure, Gluconsäure in Betracht. Es sind aber auch andere organische Carbonsäuren und andere organische Stoffe,.z.B. Stärke, Harnstoff, Alkohol, Zucker u.a. möglich, wenn sie an sich flüssig oder in irgendeiner Form löslich sind und ihre Zersetzungstemperatur bei 300 - 600 °C liegt.
  • Es ist auch möglich, anstelle der organischen Substanz ein organisches Mangansalz wie z.B. Mangancitrat, Gluconat, Acetat, Lactat einzusetzen. In diesem Falle ist es vorteilhaft, wenn man die Trägersubstanz zuerst mit der Lösung des organischen Mangansalzes tränkt, das Lösungsmittel durch eine Zwischentrocknung bei-ca. 80 °C weitgehend entfernt und anschließend die Silbersalzlösung aufträgt.
  • Die Konzentration der Lösungen der Aktivsubstanzen richtet sich im allgemeinen nach der Löslichkeit der Verbindungen.
  • Zweckmäßig setzt man möglichst konzentrierte Lösungen ein.
  • Bevorzugte Lösungsmittel sind Wasser, aliphatische Alkohole, Pyridin oder auch Gemische davon.
  • Nach dem Aufbringen der Lösung bzw. Lösungen wird durch Erwärmen auf ca. 110 °C getrocknet. Nach beendeter Trocknung wird der Katalysator bei 300 - 600 °C getempert. Die Gegenwart der organischen Substanz, die sich bei dieser Temperatur zersetzt, verleiht dem Katalysator die erforderliche Porosität und erhöht seine Aktivität.
  • Es hat sich gezeigt, daß Katalysatoren, die nur einen der Aktivatoren Ag oder Mn enthalten und/oder in Abwesenheit einer organischen Verbindung hergestellt werden, die guten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Katalysatoren nicht besitzen.
  • Die erfindungsgemäßen Katalysatoren zeichnen sich durch eine sehr hohe mechanische Festigkeit aus. Sie sind abriebfest, was sehr wichtig ist, da dadurch die Katalysatoren, selbst bei hoher Beanspruchung nicht zusammenklumpen. Außerdem tritt bei der Herstellung und Regenerierung (Erhitzen bei 300 - 600 °C ca. 4 h) der Katalysatoren nahezu kein Verlust durch Abrieb auf.
  • Zur Anwendung gelangt vorzugsweise eine Korngröße der Katalysatoren von 1 - 3 mm.
  • Der Katalysator wird in eine Säule gefüllt und die feuchte oder trockene ozonhaltige Luft von 15 - 25 °C wird durch die Katalysatorsäule geleitet.
  • Ein Ozongehalt der Luft bis zu 1 Vol.% läßt sich erfindungsgemäß auf weniger als 0,04 ppm reduzieren. Bei einer Volumengeschwindigkeit der ozonhaltigen Luft von ca. 3500 h 1 mit einem Ozongehalt von ca. 0,1 Vol.% tritt ein Ozondurchbruch nach 2500 Stunden noch nicht auf, auch wenn die relative Luftfeuchte 100 % ist. Auch bei höheren Volumengeschwindigkeiten wie z.B. 14000 h 1 und einem Ozongehalt von ca. 0,4 Vol.% zeigen die erfindungsgemäßen Katalysatoren, im Vergleich zu bekannten Katalysatoren, eine bessere Wirkung.
  • Bevorzugt sind die erfindungsgemäßen Katalysatoren für solche Anwendungsgebiete geeignet, wo kleinere Ozonkonzentrationen zu vernichten sind und man im allgemeinen bei hoher relativer Luftfeuchte arbeitet. Solche Anforderungen liegen beispielsweise in Schwimmbädern vor.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Beispiele erläutert: Beispiel 1 100 g Aluminiumoxid-Granulat (Compalox C 8 der Firma Martinswerk, Bergheim/Erft) von einer Korngröße von 1 - 3 mm, wurden mit einer Lösung getränkt, die 28,4 g Mangannitrat ' 4 H2O, 15 g Silbernitrat, 47 g Citronensäuremonohydrat und 33 g Wasser enthielt. Die Aufnahme der Lösung vom Trägermaterial erfolgte unter Wärmeentwicklung. Der Träger wurde bei 80 °C im Wirbelschichttrockner getrocknet und anschließend 4 Stunden bei 600 °C in einem Ofen thermisch behandelt.
  • Beispiel 2 100 g Aluminiumoxid-Kugeln (Granalox G 40 der Firma Martinswerk) Korngröße 1 - 3 mm, wurden zuerst mit einer Lösung getränkt, die 28,06 g Manganacetat 4 H2O und 16,7 g Wasser enthielt. Nach Trocknen bei 80 °C wurden die Kugeln mit einer Lösung, bestehend aus 15 g Silbernitrat in 8,3 g Wasser, besprüht, anschließend bei 110 °C getrocknet und 4 h bei 600 °C getempert.
  • Beispiel 3 - 17 Analog zu Beispiel 1 und 2 wurden Katalysatoren mit den in der folgenden Tabelle 1 aufgeführten Mengen-Verhältnissen hergetellt: Tabelle 1
    Katalysator Träger Mn(OAc)2.4H2O Manganglukonat Mn(OAc)2.4H2O AgNO3 Zitronensäure
    Herstel- ber. ber. ber. ber.
    lungsverfah- als als als als
    ren wie Bei- Mn Mn Mn Ag
    spiel ...
    Nr. g/100 g Träger g/100 g Träger g/100 g Träger g/100 g Träger g/100 g Träger
    3 2 Aluminiumoxid-Granulat 28,06 6,29 - - - - 15,0 9,53 -
    4 2 Aluminiumoxid-Granulat - - 25,48 3,15 - - 7,5 4,76 -
    5 2 Aluminiumoxid-Kugeln 14,03 3,14 - - - - 7,5 4,76 -
    6 1 Aluminiumoxid-Kugeln - - - - 11,79 2,58 6,23 3,95 17,8
    7 1 Aluminiumoxid-Kugeln - - - - 21,56 4,72 11,4 7,24 11,1
    8 1 Aluminiumoxid-Granulat - - - - 20,57 4,5 15,0 9,53 43,0
    9 1 Aluminiumoxid-Granulat - - - - 14,2 3,11 7,5 4,76 21,5
    10 1 * Aluminiumoxid-Kugeln - - - - 45,0 9,85 23,62 15,0 39,3
    11 1 Aluminiumoxid-Kugeln - - - - 24,63 5,39 8,0 5,08 43,0
    12 1 Aluminiumoxid-Kugeln - - - - 24,63 5,39 8,0 5,08 -
    13 1 Aluminiumoxid-Kugeln - - - - 21,56 4,72 11,4 7,24 -
    14 1 Aluminiumoxid-Kugeln - - - - 4,93 1,08 - - 7,5
    15 1 Aluminiumoxid-Kugeln - - - - - - 1,6 1,02 7,5
    16 1 Aluminiumoxid-Kugeln - - - - 4,93 1,08 1,6 1,02 15,0
    17 1 Siliciumdioxid ** - - - - 28,4 6,22 15,0 9,53 43,0
    * Zwischentrockung beim Tränken; thermische Behandlung bei 350 °C (4 h) ** Silica Perlen W (3 - 4 mm); BASF, Ludwigshafen Anwendungsbeispiele Bei 22 °C wurde unter normalem Druck bei einer relativen Feuchte der Luft von 92 % bzw. 100 % der ozonhaltige Luftstrom durch die Katalysatorsäule geleitet.
  • Nach Erschöpfen des Katalysators läßt sich dieser durch 3 - 5-stündiges Behandeln bei 300 - 600 °C regenerieren und kann wieder eingesetzt werden.
  • Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 zusammengestellt. Tabelle 2 relative Feuchte der Luft: 92 %; Durchmesser der Säule: 2,95 cm
    Katalysator Luft-Geschwindigkeit Ozon-Geschwindi Ozon-Gehalt Ozon-Vernichtung
    (1) (2) Anfang Ende Dauer Rate Leistung
    Nr. m3/h h-1 h-1 ppm ppm h h-1 1/1 (3)
    1 1 18300 85,4 4667 # 0,04 > 1,5 85,399 > 128
    @ 1 2 3540 (4) 3,304 933 " >2500 3,303 > 8257
    @ 2 1 14600 68,133 4667 " > 90 68,132 > 6131
    @ 2 1 7320 34,160 4667 " > 168 34,159 > 5738
    @ 2 2 3390 (4) 3,164 933 " >2500 3,163 > 7907
    @ 3 1 18300 85,4 4667 " > 1 85,399 > 85
    @ 4 1 18300 85,4 4667 " > 1 85,399 > 85
    @ 5 1 4880 22,773 4667 " > 24 22,772 > 546
    @ 6 1 14600 68,133 4667 " > 1,5 68,132 > 102
    @ 7 1 14600 68,133 4667 " > 2 68,132 > 136
    @ 8 1 14600 68,133 4667 " > 18 68,132 > 1226
    9 2 3540 (4) 3,304 933 " >2500 3,303 > 8257
    10 1 7140 33,323 4667 " > 8,5 33,322 > 283
    11 1 6940 32,387 4667 " > 5 32,386 > 161
    12 1 6940 32,387 4667 " 3,2 32,386 103,6
    13 1 14600 68,133 4667 " 1,1 68,132 74,9
    14 1 7510 7,009 933 " 0,8 7,009 5,6
    15 1 7510 7,009 933 " 1,8 7,009 12,6
    16 1 7510 7,009 933 " > 4 7,009 > 28
    17 1 3250 15,167 4667 " > 120 15,167 > 1820
    (1) Luft-Volumen pro Katalysator-Volumen und Stunde (2) Ozon-Volumen pro Katalysator-Volumen und Stunde (3) 1 Ozon pro 1 Katalysator (4) relat. Peuchte der Luft: 100 %; Durchmesser der Säule: 4 cm

Claims (14)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Katalysatoren zur Ozonvernichtung in Luft oder Gasen, bestehend aus einem anorganischen Träger und darauf aufgebrachten Metallen und Metalloxiden, dadurch gekennzeichnet, daß auf den anorganischen Träger Mangan in oxidischer Form und Silber niedergeschlagen sind und daß der Träger mit einer Lösung einer sich bei 300 -600 °C zersetzenden organischen Substanz vorbehandelt ist.
  2. 2. Katalysatoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägersubstanz Aluminiumoxid oder Siliciumoxid ist.
  3. 3. Katalysatoren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,5 - 18 Gew.% Silber und 0,5 - 12 Gew.% Mangan enthalten.
  4. 4. Katalysatoren nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägersubstanz mit bis zu 50 g organischer Substanz pro 100 g Trägersubstanz vorbehandelt ist.
  5. 5. Verfahren zur Herstellung der Katalysatoren nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine anorganische Trägersubstanz mit einer Lösung einer Manganverbindung, einer Silberverbindung und einer organischen, bei 300 -600 °C sich zersetzenden Verbindung tränkt oder besprüht, trocknet und bei 300 - 600 °C tempert.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung der Katalysatoren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Trägersubstanz vor dem Tempern an Silberverbindung, berechnet als Silber, bis zu 20 g, an Manganverbindung, berechnet als Mangan, bis zu 15 g und organische Substanz bis zu 50 g pro 100 g Trägersubstanz aufgebracht werden.
  7. 7. Verfahren zur Herstellung der Katalysatoren nach Anspruch 5 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Silberverbindung Silbernitrat eingesetzt wird.
  8. 8. Verfahren zur Herstellung der Katalysatoren nach Anspruch 5 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Mangan-Verbindung ein anorganisches Salz wie Mangannitrat, eingesetzt wird.
  9. 9. Verfahren zur Herstellung der Katalysatoren nach Anspruch 5 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Verbindung eine aliphatische Carbonsäure, z.B. Citronensäure, Essigsäure, Gluconsäure ist.
  10. 10. Verfahren zur Herstellung der Katalysatoren nach Anspruch 5 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der organischen Substanz ein organisches Mangansalz wie Mangancitrat, Mangangluconat, Manganacetat, eingesetzt wird.
  11. 11. Verfahren zur Herstellung der Katalysatoren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Trägersubstanz zunächst mit der Lösung des organischen Mangansalzes tränkt, vortrocknet, dann die Silbersalzlösung aufgibt und nach Trocknen bei 300 - 600 °C tempert.
  12. 12. Verfahren zur Herstellung der Katalysatoren nach Anspruch 5 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägersubstanz Aluminiumoxid oder Siliciumoxid ist.
  13. 13. Verwendung der Katalysatoren nach Anspruch 1 - 12 zur Ozonvernichtung in Luft und Gas.
  14. 14. Verwendung der Katalysatoren nach Anspruch 1 - 13 bei 15 - 25 °C für den im Anspruch 13 angegebenen Zweck.
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