[go: up one dir, main page]

RU2532807C2 - Method of obtaining nanocatalytic material - Google Patents

Method of obtaining nanocatalytic material Download PDF

Info

Publication number
RU2532807C2
RU2532807C2 RU2012151083/04A RU2012151083A RU2532807C2 RU 2532807 C2 RU2532807 C2 RU 2532807C2 RU 2012151083/04 A RU2012151083/04 A RU 2012151083/04A RU 2012151083 A RU2012151083 A RU 2012151083A RU 2532807 C2 RU2532807 C2 RU 2532807C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal carrier
nanocatalytic
processes
catalytic
holes
Prior art date
Application number
RU2012151083/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012151083A (en
Inventor
Татьяна Сергеевна Виноградова
Борис Владимирович Фармаковский
Алексей Владимирович Красиков
Игорь Всеволодович Улин
Максим Анатольевич Юрков
Надежда Витальевна Яковлева
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей")
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 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей")
Priority to RU2012151083/04A priority Critical patent/RU2532807C2/en
Publication of RU2012151083A publication Critical patent/RU2012151083A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2532807C2 publication Critical patent/RU2532807C2/en

Links

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to technological processes, namely to methods of realising chemical processes, in particular to the field of general and special catalysis, as well as to the creation of novel materials with special properties for the realisation of the said processes. The invention can be used for manufacturing thermochemical catalytic reactors of steam fuel conversion and chemical regeneration of heat, chemical current sources, fuel elements. In the method of a nanocatalytic material manufacturing obtaining a catalytically active layer on a metal carrier is carried out by the application of a powder composition by means of high-energy processes of the heterophase transfer with the application of two or more autonomously working devices on the metal carrier. The carrier has through holes, made by notching or by the other way of perforation. An area of the through holes of the metal carrier constitutes from 0.1 to 0.7 cm2, thickness of the catalytically active layer is from 100 to 200 mcm.
EFFECT: obtaining the nanocatalytic material, characterised by higher process efficiency, conditioned by an efficient mass-exchange in a reaction zone and the presence of through porosity, higher specific surface of the material due to the polydisperse structure and the presence of microporosity, higher strength of adhesion of the catalytic layer to the metal carrier.
4 cl, 2 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к технологическим процессам, а именно к способам осуществления химических процессов, в частности к области общего и специального катализа, также к созданию новых материалов с особыми свойствами для осуществления этих процессов.The invention relates to technological processes, and in particular to methods of carrying out chemical processes, in particular to the field of general and special catalysis, as well as to the creation of new materials with special properties for the implementation of these processes.

Изобретение может быть использовано для изготовления термохимических каталитических реакторов паровой конверсии топлива и химической регенерации тепла, химических источников тока, топливных элементов.The invention can be used for the manufacture of thermochemical catalytic reactors for steam fuel conversion and chemical heat recovery, chemical current sources, fuel cells.

Катализ все шире применяется в различных областях техники, принося существенную прибыль экономике. При этом значительно ужесточаются требования к катализаторам, в том числе, к их эффективности, селективности, температуре эксплуатации и физико-механическим характеристикам. Предпочтение отдается градиентно-функциональным катализаторам на металлическом носителе.Catalysis is increasingly being applied in various fields of technology, bringing substantial profit to the economy. At the same time, requirements for catalysts are significantly tightened, including their efficiency, selectivity, operating temperature, and physicomechanical characteristics. Preference is given to gradient functional catalysts on a metal support.

Преимущество в связи с ужесточением условий эксплуатации имеют:The advantage in connection with the tightening of operating conditions are:

1 - металлические (ленточные) носители, имеющие по сравнению с керамическими, существенно большую теплопроводность и соответственно меньшую инерционность системы в целом;1 - metal (tape) media, which, compared with ceramic, have significantly higher thermal conductivity and, accordingly, lower inertia of the system as a whole;

2 - оксидные носители, имеющие большую пористость по сравнению с другими материалами и хорошую технологичность при получении функциональных покрытий;2 - oxide carriers having greater porosity compared to other materials and good processability in the preparation of functional coatings;

3 - активаторы с наноразмерными элементами, обеспечивающими большую каталитическую активность и развитую удельную поверхность с нолидисперсной структурой.3 - activators with nanoscale elements providing a large catalytic activity and a developed specific surface with a nolidisperse structure.

Для реализации указанных преимуществ используются различные технологические приемы.To implement these advantages, various technological methods are used.

Например, известен [1] способ изготовления рельефной пористой основы водородного электрода химического источника тока, заключающийся в подготовке и прокатке шихты, содержащей никелевый порошок и порообразователь, спекании и последующем удалении порообразователя, отличающийся тем, что после спекания на поверхность проката наносят рельеф калибровкой в валках.For example, there is a known [1] method for manufacturing a relief porous base of a hydrogen electrode of a chemical current source, which consists in preparing and rolling a mixture containing nickel powder and a blowing agent, sintering and then removing the blowing agent, characterized in that, after sintering, the relief is calibrated in rolls on the surface .

Известен [2] электрод для электрохимических процессов, включающий подложку из меди или другого металла с высокой электропроводностью в виде листа с нанесенными на нее слоями. Способ изготовления электрода для электрохимических процессов включает нанесение слоя на подложку из меди при повышенной температуре, при этом подложку из меди или другого металла с высокой электропроводностью подвергают отжигу, наносят на нее плазменным напылением слой никеля, а затем слой никеля с алюминием, полученные слои отжигают, охлаждают до комнатной температуры и подвергают выщелачиванию. Далее берут пластину из сплава алюминия с магнием и наносят на нее слой меди или другого металла с высокой электропроводностью, затем подложку и слой меди или другого металла с высокой электропроводностью соединяют между собой пайкой.Known [2] an electrode for electrochemical processes, including a substrate of copper or other metal with high electrical conductivity in the form of a sheet with layers deposited on it. A method of manufacturing an electrode for electrochemical processes involves applying a layer to a copper substrate at an elevated temperature, wherein the copper or other metal substrate with high electrical conductivity is annealed, a layer of nickel is applied by plasma spraying, and then a layer of nickel with aluminum, the layers are annealed, cooled to room temperature and leached. Next, a plate of an aluminum-magnesium alloy is taken and a layer of copper or other metal with high electrical conductivity is applied to it, then the substrate and a layer of copper or other metal with high electrical conductivity are connected by soldering.

Известен [3] способ изготовления электрода, включающий нанесение функционально-градиентного слоя на металлическую подложку методом «холодного» газодинамического напыления, используя 3 автономно работающих дозатора. Функционально-градиентное покрытие, состоящее из меди или другого электропроводящего материала и каталитически активной компоненты, причем состав покрытия изменяется линейно по толщине. Нанесенный на подложку слой, подвергают химическому травлению.Known [3] is a method of manufacturing an electrode, comprising applying a functional gradient layer to a metal substrate by the method of “cold” gas-dynamic spraying, using 3 autonomously operating dispensers. Functionally gradient coating, consisting of copper or other electrically conductive material and a catalytically active component, and the composition of the coating varies linearly in thickness. The layer deposited on the substrate is subjected to chemical etching.

Наиболее близким техническим решением является способ [4] изготовления каталитического композиционного покрытия. По функциональному назначению и максимальному количеству сходных существенных признаков этот способ принят нами за прототип.The closest technical solution is the method [4] for the manufacture of a catalytic composite coating. According to the functional purpose and the maximum number of similar essential features, this method was adopted by us as a prototype.

Способ изготовления каталитического композиционного покрытия, включающий получение каталитически активного слоя путем плазменного напыления с использованием двух дозаторов на металлический носитель. При этом последовательно наносят: - адгезионный слой напылением порошковой композиции, содержащей в масс.%: алюминий 3-10, гидрооксид алюминия - остальное; - каталитически активный слой путем плазменного напыления порошковой композиции, содержащей в масс.%: алюминий 3-5, оксид хрома 2-5, оксид вольфрама 0,8-1,2, оксиды церия, лангана, неодима в сумме 1,8-2,2, оксид меди - 2-3, гидрооксид алюминия - остальное. Слой активатора наносят ионно-плазменным методом с использованием двух испарителей, содержащий в масс.%: оксид меди 27-34, оксид хрома - 66-73.A method of manufacturing a catalytic composite coating, comprising producing a catalytically active layer by plasma spraying using two dispensers on a metal carrier. In this case, successively apply: - an adhesive layer by spraying a powder composition containing in wt.%: Aluminum 3-10, aluminum hydroxide - the rest; - a catalytically active layer by plasma spraying of a powder composition containing in wt.%: aluminum 3-5, chromium oxide 2-5, tungsten oxide 0.8-1.2, oxides of cerium, langanum, neodymium in the amount of 1.8-2 , 2, copper oxide - 2-3, aluminum hydroxide - the rest. The activator layer is applied by the ion-plasma method using two evaporators, containing in wt.%: Copper oxide 27-34, chromium oxide 66-73.

Основными недостатками аналогов являются:The main disadvantages of analogues are:

- недостаточно высокая эффективность процесса (каталитическая активность), обусловленная накоплением продуктов реакции в зоне реакции;- insufficiently high efficiency of the process (catalytic activity), due to the accumulation of reaction products in the reaction zone;

- недостаточно высокая удельная поверхность материала, средний диаметр пор составляет 20-50 мкм, отсутствует микропористая структура со средним диаметром пор менее 0,02 мкм;- not enough high specific surface of the material, the average pore diameter is 20-50 microns, there is no microporous structure with an average pore diameter of less than 0.02 microns;

- недостаточная высокая прочность сцепления каталитического слоя с металлическим носителем, обусловленная разностью коэффициента термического расширения.- insufficient high adhesion strength of the catalytic layer with a metal carrier, due to the difference in the coefficient of thermal expansion.

Техническим результатом изобретения является получение нанокаталитического материала, отличающегося более высокой эффективностью процесса (каталитической активностью, обусловленной эффективным массообменном в зоне реакции и наличием сквозной пористости, более высокой удельной поверхностью материала, обеспечиваемой полидисперсной структурой, наличием микропористости (до 30% пор имеют средний диаметр менее 0,02 мкм), более высокой прочностью сцепления каталитического слоя с металлическим носителем).The technical result of the invention is to obtain a nanocatalytic material characterized by a higher process efficiency (catalytic activity due to effective mass transfer in the reaction zone and the presence of through porosity, a higher specific surface of the material provided by the polydisperse structure, the presence of microporosity (up to 30% of pores have an average diameter of less than 0 , 02 μm), higher adhesion of the catalytic layer to a metal carrier).

Технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления нанокаталитического материала получение каталитически активного слоя на металлическом носителе производят путем нанесения порошковой композиции с помощью высокоэнергетических процессов гетерофазного переноса (например, микроплазменного или холодного газодинамического напыления) с использованием двух или более автономно работающих устройств на металлический носитель, имеющий сквозные отверстия, которые выполнены методом просечки или иным способом перфорирования. Площадь сквозных отверстий металлического носителя составляет от 0,1 до 0,7 см2, толщина каталитически активного слоя - от 100 до 200 мкм.The technical result is achieved due to the fact that in the method of manufacturing a nanocatalytic material, the preparation of a catalytically active layer on a metal carrier is carried out by applying a powder composition using high-energy heterophasic transfer processes (for example, microplasma or cold gas-dynamic spraying) using two or more autonomously working devices on a metal carrier having through holes which are made by perforation or otherwise perforating tion. The area of the through holes of the metal carrier is from 0.1 to 0.7 cm 2 , the thickness of the catalytically active layer is from 100 to 200 microns.

В химический состав металлического носителя входит, по крайней мере, один металлический элемент, а в состав порошковой композиции входит, по крайней мере, один оксид указанного металлического элемента, для образования на металлическом носителе окисной пленки при нанесении порошковой композиции.At least one metal element is included in the chemical composition of the metal carrier, and at least one oxide of the indicated metal element is included in the powder composition to form an oxide film on the metal carrier when the powder composition is applied.

Нанесение порошковой композиции производят с изменением угла напыления от 30 до 150°.The application of the powder composition is carried out with a change in the spraying angle from 30 to 150 °.

Напыление каталитического слоя высокоэнергетическими методами гетерофазного переноса с использованием двух или более автономно работающих устройств позволяет подавать порошки в различные температурные зоны реакционной струи и создавать градиентно-функциональные покрытия, обеспечивая диффузию в неравновесных условиях алюминия, никеля, соединений алюминия, переходных металлов и редкоземельных элементов в материал металлической ленты.Spraying the catalytic layer with high-energy heterophasic transfer methods using two or more autonomously operating devices allows powders to be fed into different temperature zones of the reaction stream and create gradient-functional coatings, providing diffusion under nonequilibrium conditions of aluminum, nickel, aluminum compounds, transition metals, and rare-earth elements into the material metal tape.

Использование металлического носителя, имеющего сквозные отверстия, например, выполненного в виде гофрированной просечной сетки или перфорированного другим способом, позволяет создавать в материале сквозную пористость, что обеспечивает удаление продуктов реакции, увеличение массообмена в зоне реакции, скорости реакции и каталитической активности.The use of a metal carrier having through holes, for example, made in the form of a corrugated perforated mesh or perforated in another way, allows creating through porosity in the material, which ensures the removal of reaction products, increased mass transfer in the reaction zone, reaction rate and catalytic activity.

Нанесение порошковой композиции производят с изменением угла напыления от 30 до 150°, что создает оптимальные условия для нанесения каталитического покрытия в труднодоступных местах, например в узлах и ребрах перфорированного материала.The application of the powder composition is carried out with a change in the spraying angle from 30 to 150 °, which creates optimal conditions for applying a catalytic coating in hard-to-reach places, for example, in nodes and edges of a perforated material.

Кроме того, использование металлического носителя, имеющего сквозные отверстия, открывает большие перспективы при конструировании каталитических элементов, обладающих достаточным открытым сечением и низким динамическим сопротивлением.In addition, the use of a metal carrier having through holes opens up great prospects in the design of catalytic elements having a sufficient open cross section and low dynamic resistance.

Экспериментальные работы, проведенные в области создания каталитических материалов на металлическом носителе, показали, что оптимальная площадь каждого отверстия каталитического материала на металлическом носителе (например, в блочных или планарных каталитических реакторах) должна составлять не менее 0,1 см2 и не более 0,7 см2. При использовании каталитического материала с площадью отверстия менее 0,1 см2 происходит накопление продуктов реакции и каталитическая активность снижается. При использовании каталитического материала с площадью отверстия более 0,7 см2 уменьшается число соударений атомов реагентов с активной поверхностью, в связи с чем каталитическая активность снижается.Experimental work carried out in the field of creating catalytic materials on a metal carrier showed that the optimal area of each hole of the catalytic material on a metal carrier (for example, in block or planar catalytic reactors) should be at least 0.1 cm 2 and not more than 0.7 cm 2 . When using catalytic material with an opening area of less than 0.1 cm 2 , the reaction products accumulate and the catalytic activity decreases. When using catalytic material with an opening area of more than 0.7 cm 2 , the number of collisions of reactant atoms with the active surface decreases, and therefore the catalytic activity decreases.

Толщина изготавливаемого в соответствии с изобретением каталитически активного слоя должна составлять не менее 100-200 мкм, чтобы обеспечить эффективную работу в течение всего регламентированного времени.The thickness of the catalytically active layer produced in accordance with the invention should be at least 100-200 μm in order to ensure efficient operation throughout the entire regulated time.

При напылении покрытия с толщиной слоя менее 100 мкм наблюдается уменьшение времени эффективной работы каталитического слоя ввиду возможного его отравления или уноса с поверхности металлической ленты. При напылении покрытия с толщиной слоя более 200 мкм наблюдается образование трещин и отслоение материала при монтаже и эксплуатации.When spraying a coating with a layer thickness of less than 100 μm, a decrease in the time of effective operation of the catalytic layer is observed due to its possible poisoning or entrainment from the surface of the metal strip. When spraying a coating with a layer thickness of more than 200 μm, cracking and peeling of the material during installation and operation are observed.

Для исключения влияния разности коэффициентов термического расширения между соседними материалами в многослойных структурах на адгезионную прочность композиции в целом, металлический носитель, имеющий отверстия, изготавливается из сплава, в химический состав которого входит элемент (или элементы), приводящие в результате окисления к образованию на поверхности окисной пленки из окисла (или окислов), входящих в состав наносимой на металлический носитель порошковой композиции, что положительно влияет на увеличение прочности сцепления каталитического слоя с металлическим носителем особенно в узлах и ребрах решетки.To exclude the influence of the difference in the coefficients of thermal expansion between adjacent materials in multilayer structures on the adhesive strength of the composition as a whole, the metal carrier having holes is made of an alloy whose chemical composition includes an element (or elements), resulting in oxidation to form an oxide surface films of oxide (or oxides) included in the composition of the powder composition applied to the metal carrier, which positively affects the increase in adhesion ataliticheskogo layer with a metallic carrier especially in the nodes and edges of the lattice.

Как показали исследования многих авторов [5], для протекания реакции во внешне диффузионной области, когда общая скорость процесса лимитируется диффузией реагентов в норах катализаторов, для ускорения процесса необходимо использовать крупнопористые носители, би- и полидисперсные структуры, в которых крупные поры являются транспортными путями к порам меньшего радиуса, где располагается основная масса активных центров. В соответствии с этим в предлагаемом способе более высокая эффективность процесса (каталитическая активность и удельная поверхность) достигается за счет создания развитой макро- (от 0,02 до 0,10 мкм) и микропористой (менее 20 мкм) структуры благодаря использованию послойного градиентно-функционального способа нанесения наноструктурированного порошка оксидного или интерметаллидного активатора.As the studies of many authors [5] showed, for the reaction to take place in the externally diffusion region, when the total speed of the process is limited by the diffusion of reagents in the holes of the catalysts, to accelerate the process, it is necessary to use coarse-porous carriers, bi- and polydisperse structures in which large pores are transport routes pores of a smaller radius, where the bulk of the active centers are located. In accordance with this, in the proposed method, a higher process efficiency (catalytic activity and specific surface area) is achieved by creating a developed macro- (from 0.02 to 0.10 μm) and microporous (less than 20 μm) structure due to the use of layer-by-layer gradient-functional a method of applying a nanostructured powder of an oxide or intermetallic activator.

Такая совокупность средств достижения технического результата позволяет получить нанокаталитический материал, отличающийся более высокой эффективностью процесса (каталитическая активность), обусловленной эффективным массообменном в зоне реакции и наличием сквозной пористости, более высокой удельной поверхностью материала, обеспечиваемая полидисперсной структурой, наличием микропористости (до 30% пор имеют средний диаметр менее от 0,02 мкм), более высокой прочностью сцепления каталитического слоя с металлическим носителем.Such a combination of means to achieve a technical result allows one to obtain nanocatalytic material characterized by a higher process efficiency (catalytic activity), due to effective mass transfer in the reaction zone and the presence of through porosity, a higher specific surface of the material, provided by a polydisperse structure, and the presence of microporosity (up to 30% of pores have average diameter less than 0.02 microns), higher adhesion of the catalytic layer to a metal carrier.

Для создания быстро окупаемого и рентабельного производства наиболее актуальных каталитических систем, например термохимических каталитических реакторов паровой конверсии топлива и химической регенерации тепла, химических источников тока, топливных элементов, необходимы универсальные способы изготовления нанокаталитического материала различного назначения на базе единых принципов его построения с использованием высокоэнергетических процессов гетерофазного переноса.In order to create a quick payback and cost-effective production of the most relevant catalytic systems, for example, thermochemical catalytic reactors for steam conversion of fuel and chemical heat recovery, chemical power sources, fuel cells, universal methods of manufacturing nanocatalytic material for various purposes based on common principles for its construction using high-energy heterophasic processes are needed. transfer.

Предлагаемый способ опробован на специализированном участке ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» с использованием установок микроплазменного и холодного газодинамического напыления.The proposed method was tested at a specialized site of FSUE TsNII KM Prometey using microplasma and cold gas-dynamic spraying units.

Пример 1. В лабораторных условиях на установке микроплазменного напыления УГНП-2/2270 и робота - манипулятора Kawasaki FS003 нанесено каталитическое покрытие с использованием трех дозаторов, содержащих алюминий, никель, гидрооксид алюминия, оксиды РЗМ, наноструктурированный активатор, на металлический носитель из сплава X15Ю5 (№ партии - 1,3) и Х18Ю5 (№ партии - 2,4), выполненный в виде гофрированных просечных сеток с ромбическими отверстиями различной площади.Example 1. Under laboratory conditions, a UGNP-2/2270 microplasma spraying unit and a Kawasaki FS003 robot manipulator were coated with a catalytic coating using three batchers containing aluminum, nickel, aluminum hydroxide, rare-earth metals, a nanostructured activator, on a metal support made of X15Y5 alloy ( Batch number - 1.3) and X18U5 (batch number - 2.4), made in the form of corrugated perforated grids with rhombic holes of various sizes.

Пример 2. В лабораторных условиях на установке холодного газодинамического напыления «Димет-403» и робота - манипулятора Kawasaki FS003 нанесено каталитическое покрытие с использованием трех дозаторов, содержащих корунд, порошок меди и порошки интерметаллидов, на металлический носитель из меди марки M1, выполненный в виде перфорированной ленты с круглыми отверстиями различного диаметра.Example 2. In the laboratory, on a Dime-403 cold gas-dynamic spraying unit and a Kawasaki FS003 robotic arm, a catalytic coating was applied using three batchers containing corundum, copper powder and intermetallic powders onto a metal carrier made of copper grade M1 made in the form perforated tape with round holes of various diameters.

Для снижения влияния разности коэффициентов термического расширения на адгезионную прочность между соседними материалами в полученных многослойных структурах в качестве металлического носителя были использованы сплавы Х15Ю5, Х18Ю5 в случае мнкроплазмснного напыления, и медная фольга марки M1 в случае холодного газодинамического напыления. При микроплазменном напылении порошковой композиции на металлическую ленту из сплавов Х15Ю5, X18Ю5 происходит образование оксидов алюминия в поверхностном слое носителя. При холодном газодинамическом напылении порошковой композиции на медную перфорированную фольгу марки M1 происходит образование оксидов меди в поверхностном слое носителя, которое действует аналогично.To reduce the effect of the difference in the coefficients of thermal expansion on the adhesive strength between adjacent materials in the obtained multilayer structures, alloys X15YU5, X18YU5 were used as a metal carrier in the case of multi-plasma spraying, and copper foil of the M1 brand in the case of cold gas-dynamic spraying. During microplasma spraying of a powder composition onto a metal strip of X15Yu5, X18Yu5 alloys, the formation of aluminum oxides in the surface layer of the carrier occurs. During cold gas-dynamic spraying of the powder composition onto M1 perforated copper foil, the formation of copper oxides occurs in the surface layer of the carrier, which acts similarly.

Физико-химические свойства полученного иаиокаталитического материала определяли следующими способами:Physico-chemical properties of the obtained iaiocatalytic material were determined in the following ways:

- удельную поверхность измеряли методом БЭТ по тепловой десорбции азота, используя образцы размером 30×90 мм,- the specific surface was measured by the BET method for thermal desorption of nitrogen using samples of size 30 × 90 mm,

- адгезионную прочность определяли путем загиба фольги с папыленным слоем на стержень диаметром 5 мм и исследованием под микроскопом на предмет обнаружения трещин и отслоений, а также с использованием штифтового метода на установке для испытания на разрыв "Instron 1000",- adhesive strength was determined by bending the foil with a dust layer on a rod with a diameter of 5 mm and examining under a microscope to detect cracks and delaminations, as well as using the pin method on an Instron 1000 tensile testing machine,

- каталитическую активность образцов, полученных микроплазменным напылением, проводили в кварцевом проточном реакторе в реакции каталитического окисления оксида углерода кислородом воздуха в диапазоне температур от 200 до 500°C в кварцевом проточном реакторе при расходе реакционной смеси 0,5 дм3/мин,- the catalytic activity of the samples obtained by microplasma spraying was carried out in a quartz flow reactor in the reaction of catalytic oxidation of carbon monoxide with atmospheric oxygen in the temperature range from 200 to 500 ° C in a quartz flow reactor with a flow rate of 0.5 dm 3 / min,

- каталитическую активность образцов, полученных холодным газодинамическим напылением, оценивали по вольтамперпой характеристике.- the catalytic activity of the samples obtained by cold gas-dynamic spraying was evaluated by volt-ampere characteristic.

Результаты испытаний приведены в таблицах 1 и 2.The test results are shown in tables 1 and 2.

Как следует из таблиц 1 и 2, полученные нанокаталитические материалы имеет более высокую каталитическую активностью, обусловленную эффективным массообменном в зоне реакции и наличием сквозной пористости, более высокую удельную поверхность материала, обеспечиваемую полидисперсной структурой, наличием микропористости (до 30% пор имеют средний диаметр менее 0,02 мкм).As follows from tables 1 and 2, the obtained nanocatalytic materials have a higher catalytic activity, due to the effective mass transfer in the reaction zone and the presence of through porosity, a higher specific surface of the material provided by the polydisperse structure, the presence of microporosity (up to 30% of pores have an average diameter of less than 0 , 02 μm).

Используемые источники информацииInformation Sources Used

1. RU 2127475 С1, МПК Н01М 4/88, В22F 3/18 «Способ изготовления рельефной пористой основы водородного электрода химического источника тока», Галкин В.В., Кулыга В.П., Лихоносов С.Д., Щеколдин С.И., заявка 97113581/09 от 06.08.1997, опубл. 10.03.1999 г.1. RU 2127475 C1, IPC Н01М 4/88, В22F 3/18 “Method for manufacturing a relief porous base of a hydrogen electrode of a chemical current source”, Galkin VV, Kulyga VP, Likhonosov SD, Schekoldin S. I., application 97113581/09 from 08/06/1997, publ. 03/10/1999

2. RU 2110619 С1 МПК С25В 11/04 «Электрод для электрохимических процессов и способ его получения». Закрытое акционерное общество «Техно-ТМ», заявка 96117482/25 от 09.09.1996, опубл. 10.05.1998 г.2. RU 2110619 C1 MPK С25В 11/04 "Electrode for electrochemical processes and the method of its production." Closed Joint-Stock Company Techno-TM, application 96117482/25 of 09.09.1996, publ. 05/10/1998

3. RU 2402839 С1, МКИ С25В 11/04 «Способ изготовления электрода» Яковлева Н.В., Тараканова Т.А., Фармаковский Б.В., Улин И.В., Шолкин С.Е., Юрков М.А.3. RU 2402839 C1, MKI C25V 11/04 “Method for the manufacture of an electrode” Yakovleva N.V., Tarakanova T.A., Farmakovsky B.V., Ulin I.V., Sholkin S.E., Yurkov M.A. .

4. RU 2417841, МКИ В01J 23, В01J 23/64, В01J 37/34 «Способ изготовления каталитического композиционного покрытия», Виноградова Т.С., Тараканова Т.А., Фармаковский Б.В., Улин И.В., Шолкин С.Е., Юрков М.А., заявка на изобретение №2009138705 (054808) от 19.10.09 г.4. RU 2417841, MKI B01J 23, B01J 23/64, B01J 37/34 "Method for the manufacture of catalytic composite coatings", Vinogradova TS, Tarakanova TA, Farmakovsky B.V., Ulin I.V., Sholkin S.E., Yurkov M.A., application for invention No. 2009138705 (054808) from 10.19.09.

5. Н.М.Попова. Катализаторы очистки газовых выбросов промышленных производств. М.: Химия, 1991.5. N.M. Popova. Catalysts for cleaning gas emissions from industrial plants. M .: Chemistry, 1991.

Таблица 1 Table 1 Результаты испытаний образцов панокаталитических материалов, полученных известным и предлагаемым способом (методом микроплазменного напыления)The test results of samples of pan-catalytic materials obtained by a known and proposed method (microplasma spraying method) СпособWay Метод напыленияSpraying method No. Толщина, мкмThickness, microns Площадь отверстия,
см2
Hole area
cm 2
Удельная поверхность
м2
Specific surface area
m 2 / g
Пористость (средний размер пор)Porosity (average pore size) Каталитическая активность, %Catalytic activity,% Прочность сцепления, кг/мм 2 Adhesion Strength, kg / mm 2
мкмμm %% ПредлагаемыйProposed Микроплазменное напылениеMicroplasma spraying 1one 100one hundred 0,10.1 38,038,0 0,02-0,100.02-0.10 73,073.0 87,087.0 0,750.75 <0,02<0.02 27,027.0 22 100one hundred 0,70.7 41,341.3 0,02-0,100.02-0.10 79,079.0 91,091.0 0,730.73 <0,02<0.02 21,021.0 33 200200 0,10.1 45,045.0 0,02-0,100.02-0.10 72,072.0 95,095.0 0,760.76 <0,02<0.02 28,028.0 4four 200200 0,70.7 40,640.6 0,02-0,100.02-0.10 75,075.0 93,093.0 0,750.75 <0,02<0.02 25,025.0 ИзвестныйFamous -- 100one hundred -- 28-3628-36 Не изм.Not meas. Не изм.Not meas. 80,0-85,080.0-85.0 0,570.57

Таблица 2 table 2 Результаты испытании образцов нанокаталитических материалов, полученных известным и предлагаемым способом (методом холодного газодинамического напыления)The test results of samples of nanocatalytic materials obtained by a known and proposed method (method of cold gas-dynamic spraying) СпособWay Метод напыленияSpraying method No. Толщина, мкмThickness, microns Площадь отверстия,
см2
Hole area
cm 2
Удельная поверхность м2Specific surface m 2 / g Пористость (средний размер пор)Porosity (average pore size) Вольтамперная характеристика при 0,3-0,4 В, мА/смCurrent-voltage characteristic at 0.3-0.4 V, mA / cm Прочность сцепления, кг/мм 2 Adhesion Strength, kg / mm 2
мкмμm %% ПредлагаемыйProposed Холодное газодинамическое напылениеCold gas dynamic spraying 55 100one hundred 0,10.1 15,015.0 0,02-0,100.02-0.10 78,078.0 37,037.0 0,650.65 <0,02<0.02 22,022.0 66 100one hundred 0,70.7 18,018.0 0,02-0,100.02-0.10 80,080.0 40,040,0 0,630.63 <0,02<0.02 20,020,0 77 200200 0,10.1 19,019.0 0,02-0,100.02-0.10 77,077.0 39,039.0 0,600.60 <0,02<0.02 23,023.0 88 200200 0,70.7 17,017.0 0,02-0,100.02-0.10 81,081.0 36,036.0 0,620.62 <0,02<0.02 19,019.0 ИзвестныйFamous -- 100one hundred -- 13,013.0 Не изм.Not meas. Не изм.Not meas. 30,0-35,030.0-35.0 0,570.57 Примечание: в таблице приведены усредненные значения по трем образцам на точку.Note: the table shows the averaged values for three samples per point.

Claims (4)

1. Способ изготовления нанокаталитического материала, включающий нанесение порошковой композиции на металлический носитель с помощью высокоэнергетических процессов гетерофазного переноса с использованием двух или более автономно работающих устройств с образованием каталитически активного слоя, отличающийся тем, что нанесение порошковой композиции производят на металлический носитель, имеющий сквозные отверстия с площадью отверстия от 0,1 до 0,7 см2, до образования каталитически активного слоя толщиной от 100 до 200 мкм.1. A method of manufacturing a nanocatalytic material, comprising applying a powder composition to a metal carrier using high-energy heterophase transfer processes using two or more autonomously operating devices to form a catalytically active layer, characterized in that the powder composition is applied to a metal carrier having through holes with hole area from 0.1 to 0.7 cm 2 to the formation of a catalytically active layer with a thickness of 100 to 200 microns. 2. Способ изготовления нанокаталитического материала по п.1, отличающийся тем, что сквозные отверстия металлического носителя выполнены методом просечки или иным способом перфорирования.2. A method of manufacturing a nanocatalytic material according to claim 1, characterized in that the through holes of the metal carrier are made by the method of perforation or other perforation method. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в химический состав металлического носителя входит, по крайней мере, один металлический элемент, а в состав порошковой композиции входит, по крайней мере, один оксид указанного металлического элемента для образования на металлическом носителе окисной пленки.3. The method according to claim 1, characterized in that the chemical composition of the metal carrier includes at least one metal element, and the composition of the powder composition includes at least one oxide of the indicated metal element to form an oxide film on the metal carrier . 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что нанесение порошковой композиции производят с изменением угла напыления от 30 до 150°. 4. The method according to claim 1, characterized in that the application of the powder composition is carried out with a change in the spraying angle from 30 to 150 °.
RU2012151083/04A 2012-11-29 2012-11-29 Method of obtaining nanocatalytic material RU2532807C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012151083/04A RU2532807C2 (en) 2012-11-29 2012-11-29 Method of obtaining nanocatalytic material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012151083/04A RU2532807C2 (en) 2012-11-29 2012-11-29 Method of obtaining nanocatalytic material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012151083A RU2012151083A (en) 2014-06-10
RU2532807C2 true RU2532807C2 (en) 2014-11-10

Family

ID=51213955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012151083/04A RU2532807C2 (en) 2012-11-29 2012-11-29 Method of obtaining nanocatalytic material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2532807C2 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001051411A1 (en) * 2000-01-07 2001-07-19 Conoco, Inc. Graded nickel alloy catalyst beds and process for production of syngas
US6299778B1 (en) * 1997-09-20 2001-10-09 Creavis Gesellschaft Fuer Technologie Und Innovation Mbh Catalytically active permeable composite material, method for producing said composite material, and use of the same
RU2177363C2 (en) * 2000-03-17 2001-12-27 Рахманов Геннадий Жанович Catalyst converter
RU2205787C2 (en) * 2001-04-05 2003-06-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" Method for making catalyst on band metallic carrier
RU2259879C2 (en) * 2003-09-01 2005-09-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" Method of production of catalytic element
US20070104623A1 (en) * 2005-11-10 2007-05-10 Dettling Joseph C Diesel particulate filters having ultra-thin catalyzed oxidation coatings
US7743499B2 (en) * 2004-12-20 2010-06-29 Gm Global Technology Operations, Inc. Reactor manufacturing method for a fuel cell processor
RU2417841C1 (en) * 2009-10-19 2011-05-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Method of making catalytic composite coating

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6299778B1 (en) * 1997-09-20 2001-10-09 Creavis Gesellschaft Fuer Technologie Und Innovation Mbh Catalytically active permeable composite material, method for producing said composite material, and use of the same
WO2001051411A1 (en) * 2000-01-07 2001-07-19 Conoco, Inc. Graded nickel alloy catalyst beds and process for production of syngas
RU2177363C2 (en) * 2000-03-17 2001-12-27 Рахманов Геннадий Жанович Catalyst converter
RU2205787C2 (en) * 2001-04-05 2003-06-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" Method for making catalyst on band metallic carrier
RU2259879C2 (en) * 2003-09-01 2005-09-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" Method of production of catalytic element
US7743499B2 (en) * 2004-12-20 2010-06-29 Gm Global Technology Operations, Inc. Reactor manufacturing method for a fuel cell processor
US20070104623A1 (en) * 2005-11-10 2007-05-10 Dettling Joseph C Diesel particulate filters having ultra-thin catalyzed oxidation coatings
RU2417841C1 (en) * 2009-10-19 2011-05-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Method of making catalytic composite coating

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012151083A (en) 2014-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1432510B1 (en) Substrate having catalyst compositions on surfaces of opposite sides and method for producing the same
US9893364B2 (en) Porous electrolessly deposited coatings
US5721188A (en) Thermal spray method for adhering a catalytic material to a metallic substrate
US6559094B1 (en) Method for preparation of catalytic material for selective oxidation and catalyst members thereof
JP4886884B2 (en) Titanium fuel cell separator and method for producing the same
JP6505336B1 (en) Metal base material for exhaust gas purification and exhaust gas purification apparatus using the same
Huang et al. Large-scale growth of hierarchical transition-metal vanadate nanosheets on metal meshes as monolith catalysts for De-NO x reaction
KR20080106002A (en) Porous catalyst structure and preparation method thereof
US20070119828A1 (en) Plasma generating electrode, its manufacturing method, and plasma reactor
RU2532807C2 (en) Method of obtaining nanocatalytic material
CN109772305B (en) Metal substrate supported noble metal monolithic catalyst and one-step preparation method and application thereof
Misumi et al. Thermal evolution of the structure and activity of Rh overlayer catalysts prepared by pulsed arc-plasma deposition
JPWO2017033994A1 (en) Metal foil catalyst, method for producing the same, and catalytic converter
Xu et al. In situ fabrication of porous MnCo x O y nanocubes on Ti mesh as high performance monolith de-NO x catalysts
US11548067B2 (en) Method for producing an open-pored metal body having an oxide layer and metal body produced by said method
CN111263661B (en) Exhaust gas purifying device using metal base material and method for manufacturing same
JP2012200628A (en) Carrier catalyst for volatile organic compound and method for producing the catalyst
TW201542352A (en) Coated aluminum material and method for producing same
Machida et al. Nanometric Metal Overlayer Catalysts: Fundamental Aspects and Applications
Liu et al. Amorphous alloy/ceramic composite membrane: preparation, characterization and reaction studies
RU2417841C1 (en) Method of making catalytic composite coating
Yang et al. Effect of overlayer thickness on hydrogen permeation of Pd60Cu40/V–15Ni composite membranes
EP1405670B1 (en) Direct application of catalysts to surfaces of vehicle heat exchanger via a thermal spray process for treatment of the atmosphere
WO2018159556A1 (en) Honeycomb substrate for catalyst support, and catalytic converter for exhaust gas purification
JP2011230014A (en) Method of producing catalyst carrier by means of plasma spraying and catalyst carrier