RU2571099C1 - Method for obtaining catalytically active composite layers on aluminium alloy - Google Patents
Method for obtaining catalytically active composite layers on aluminium alloy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2571099C1 RU2571099C1 RU2014152667/04A RU2014152667A RU2571099C1 RU 2571099 C1 RU2571099 C1 RU 2571099C1 RU 2014152667/04 A RU2014152667/04 A RU 2014152667/04A RU 2014152667 A RU2014152667 A RU 2014152667A RU 2571099 C1 RU2571099 C1 RU 2571099C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxide
- layer
- substrate
- catalytically active
- solution
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области технической химии, а именно к способам изготовления оксидных композитных катализаторов на металлическом носителе-подложке, которые могут быть использованы в реакциях конверсии СО в CO2, имеющих место в высокотемпературных процессах очистки технологических и выхлопных газов, в частности в отходящих газах химии, нефтехимии и двигателях внутреннего сгорания.The invention relates to the field of technical chemistry, and in particular to methods for the manufacture of oxide composite catalysts on a metal support carrier, which can be used in the reactions of the conversion of CO to CO 2 taking place in high-temperature processes for the purification of technological and exhaust gases, in particular, in chemical exhaust gases , petrochemicals and internal combustion engines.
Катализаторы на металлических носителях, обладающих высокой теплопроводностью и механической прочностью, подвержены меньшему перегреву, который способен привести к их дезактивации и механическому разрушению, при этом они обеспечивают возможность получения различных сложных форм, например сотовых структур с тонкими стенками и высокой степенью теплопередачи, в том числе для применения в микроканальных реакторах для проведения сопряженных реакций.Catalysts on metal supports with high thermal conductivity and mechanical strength are subject to less overheating, which can lead to their deactivation and mechanical destruction, while they provide the possibility of obtaining various complex forms, for example, cellular structures with thin walls and a high degree of heat transfer, including for use in microchannel reactors for conducting coupled reactions.
Известен способ получения оксидных каталитически активных слоев на подложке из вентильного металла либо его сплава, преимущественно алюминия либо его сплава (пат. РФ №2152255, опубл. 2000.07.10), включающий окислительную обработку путем микродугового оксидирования при плотности тока 10-120 А/дм2 и напряжении 200-520 В в течение 20-40 мин в щелочном электролите, содержащем силикаты и гидроксиды щелочных металлов с добавками ультрадисперсных порошков оксидов алюминия и/или циркония и солей переходных металлов из группы, включающей Mn, Cr, Cu, Со, Fe, а также их смеси, предпочтительно солей, где металл входит в состав кислородсодержащего аниона. Состав каталитического покрытия, полученного известным способом, который содержит, кроме оксидов алюминия и кремния, оксиды одного или двух металлов, не обеспечивает достаточно высокой каталитической активности.A known method of producing oxide catalytically active layers on a substrate of valve metal or its alloy, mainly aluminum or its alloy (US Pat. RF No. 2152255, publ. 2000.07.10), including the oxidation treatment by microarc oxidation at a current density of 10-120 A / DM 2 and a voltage of 200-520 V for 20-40 minutes in an alkaline electrolyte containing alkali metal silicates and hydroxides with the addition of ultrafine powders of aluminum and / or zirconium oxides and transition metal salts from the group comprising Mn, Cr, Cu, Co, Fe as well as them with mixtures, preferably salts, where the metal is part of the oxygen-containing anion. The composition of the catalytic coating obtained in a known manner, which contains, in addition to oxides of aluminum and silicon, oxides of one or two metals, does not provide a sufficiently high catalytic activity.
Известен способ получения катализатора на металлической основе для удаления загрязняющих окружающую среду выбросов, в частности автомобильных отработавших газов (пат. США №7166323, опубл. 2007.01.23), включающий формирование пористого носителя из оксида металла путем физического либо химического осаждения из паровой/газовой фазы (термического либо плазменного напыления, электрофоретического осаждения и т.п.) частиц Al, Zr, Ti, Si, Mg либо их смеси с прекурсорами этих металлов (солями либо органическими соединениями) на металлическую подложку и термообработки в вакууме либо инертной атмосфере при температуре 600-1500°C с последующим термическим оксидированием при 400-1200°C и нанесение на сформированный пористый носитель каталитически активного слоя путем погружения. Известный способ требует строгого температурного режима при формировании пористого оксидного носителя, несоблюдение которого приводит к значительному ухудшению качества катализатора. При нанесении на металлическую подложку частиц пористого слоя превышение температуры приводит к их полному сплавлению, при заниженной температуре они не связываются с подложкой, в том и другом случае пористый слой не образуется; при оксидировании при завышенной температуре частицы окисляются полностью по всей толщине нанесенного слоя, который отделяется от подложки, при заниженной оксиды не образуются.A known method of producing a metal-based catalyst for the removal of polluting emissions, in particular automobile exhaust gases (US Pat. US No. 7166323, publ. 2007.01.23), including the formation of a porous carrier of metal oxide by physical or chemical vapor / gas vapor deposition (thermal or plasma spraying, electrophoretic deposition, etc.) of Al, Zr, Ti, Si, Mg particles or their mixture with precursors of these metals (salts or organic compounds) on a metal substrate and thermo processing in a vacuum or inert atmosphere at a temperature of 600-1500 ° C followed by thermal oxidation at 400-1200 ° C and applying a catalytically active layer to the formed porous support by immersion. The known method requires strict temperature conditions during the formation of a porous oxide carrier, non-compliance with which leads to a significant deterioration in the quality of the catalyst. When particles of a porous layer are deposited on a metal substrate, an excess of temperature leads to their complete fusion, at low temperatures they do not bind to the substrate, in either case the porous layer does not form; during oxidation at elevated temperatures, the particles are oxidized completely over the entire thickness of the deposited layer, which is separated from the substrate; oxides are not formed when understated.
Наиболее близким к предлагаемому является способ получения многокомпонентного катализатора для проведения газофазных окислительно-восстановительных реакций (пат. РФ №2395337, опуб. 2010.07.27), включающий нанесение на металлический носитель заданной конфигурации промежуточного слоя оксида алюминия с высокой удельной поверхностью путем выдержки носителя в растворе алюмината натрия при 50°C, промывки, сушки и термообработки при 600°C, последующее нанесение промотирующего слоя алюмомарганцевой шпинели и послойное нанесение каталитического покрытия на основе сложного оксида металлов из водного раствора, содержащего соединения упомянутых металлов и водорастворимый полимер, причем для формирования промотирующего слоя первый слой или нескольких первых слоев каталитического покрытия наносят из водного раствора соединения марганца и водорастворимого полимера или водного раствора соединения марганца, лантана и водорастворимого полимера, при этом после нанесения каждого из слоев проводят обжиг при 873-1173 K в течение 0,5-5,0 часов.Closest to the proposed is a method of producing a multicomponent catalyst for conducting gas-phase redox reactions (US Pat. RF No. 2395337, publ. 2010.07.27), including applying to the metal carrier a given configuration of an intermediate layer of aluminum oxide with a high specific surface area by holding the carrier in solution sodium aluminate at 50 ° C, washing, drying and heat treatment at 600 ° C, the subsequent application of a promotion layer of alumina-manganese spinel and layer-by-layer application of catalytic coating events based on a complex metal oxide from an aqueous solution containing the compounds of the mentioned metals and a water-soluble polymer, moreover, to form a promoting layer, the first layer or several first layers of the catalytic coating is applied from an aqueous solution of a compound of manganese and a water-soluble polymer or an aqueous solution of a compound of manganese, lanthanum and a water-soluble polymer however, after applying each of the layers, firing is carried out at 873-1173 K for 0.5-5.0 hours.
Недостатком известного способа является невысокая механическая прочность получаемого катализатора, обусловленная недостаточным сцеплением с металлической подложкой промежуточного слоя оксида алюминия, наносимого из алюмината натрия, а также необходимость дополнительного формирования промотирующего слоя алюмомарганцевой шпинели, связанного с двукратной термообработкой и усложняющего способ.The disadvantage of this method is the low mechanical strength of the obtained catalyst, due to insufficient adhesion to the metal substrate of an intermediate layer of aluminum oxide deposited from sodium aluminate, as well as the need for additional formation of a promoting layer of alumina-manganese spinel, associated with double heat treatment and complicating the method.
Задачей изобретения является разработка технологичного способа изготовления на подложке из сплава алюминия каталитически активных композитных слоев, обладающих высокой механической прочностью.The objective of the invention is to develop a technologically advanced method of manufacturing on a substrate of aluminum alloy catalytically active composite layers with high mechanical strength.
Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении механической прочности получаемых каталитических активных композитных слоев при одновременном упрощении способа за счет сокращения числа операций.The technical result of the proposed method is to increase the mechanical strength of the resulting catalytic active composite layers while simplifying the method by reducing the number of operations.
Указанный технический результат достигается способом получения каталитически активных композитных слоев на подложке из сплавов алюминия, включающим формирование пористого слоя, содержащего оксид алюминия, и послойное нанесение каталитически активного материала на основе сложного оксида металлов из водных растворов, содержащих соли входящих в состав упомянутого оксида металлов, в котором, в отличие от известного, пористый слой, содержащий оксид алюминия, формируют с помощью плазменно-электролитического оксидирования подложки в силикатном электролите, а каталитически активный материал наносят путем последовательной пропитки сначала раствором нитрата Cu (II), затем нитрата Со (II) и в завершение раствором ацетата Се (III) с промежуточной сушкой и прокаливанием в течение не менее 4 ч при температуре 450-550°C.The specified technical result is achieved by the method of producing catalytically active composite layers on an aluminum alloy substrate, including the formation of a porous layer containing aluminum oxide, and layer-by-layer deposition of the catalytically active material based on complex metal oxide from aqueous solutions containing salts of the said metal oxide, which, unlike the known one, a porous layer containing alumina is formed by plasma electrolytic oxidation of the substrate in sili electrolyte, and the catalytically active material is applied by successive impregnation first with a solution of Cu (II) nitrate, then with Co (II) nitrate and finally with a solution of Ce (III) acetate with intermediate drying and calcination for at least 4 hours at a temperature of 450-550 ° C.
Максимально высокая механическая прочность получаемого композитного катализатора обеспечивается при плазменно-электролитическом оксидировании (ПЭО) подложки гальваностатически в анодном режиме при эффективной плотности тока i=0,03-0,20 А/см2 в течение 10-30 минут в электролите, содержащем, моль/л: 0,05-0,7 Na2SiO3 и 0,05-0,07 NaOH.The highest mechanical strength of the resulting composite catalyst is ensured by plasma electrolytic oxidation (PEO) of the substrate galvanostatically in the anode mode at an effective current density i = 0.03-0.20 A / cm 2 for 10-30 minutes in an electrolyte containing mol / l: 0.05-0.7 Na 2 SiO 3 and 0.05-0.07 NaOH.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Для стандартизации поверхности перед нанесением покрытий подложку из сплава алюминия подвергают обработке одним из известных методов, очищают, промывают и сушат.To standardize the surface before coating, the aluminum alloy substrate is subjected to treatment by one of the known methods, cleaned, washed and dried.
Формирование пористого оксидного слоя на подложке из сплава алюминия осуществляют с помощью ПЭО гальваностатически в анодном режиме при эффективной плотности тока i=0,03-0,20 А/см2 в течение 10-30 минут с использованием электролита, содержащего Na2SiO3 и NaOH по 0,05-0,07 моль/л. Температуру электролита в ходе процесса ПЭО поддерживают таким образом, чтобы она не превышала 50°C. После обработки полученные образцы промывают и сушат на воздухе.The formation of a porous oxide layer on an aluminum alloy substrate is carried out using PEO galvanostatically in the anode mode at an effective current density of i = 0.03-0.20 A / cm 2 for 10-30 minutes using an electrolyte containing Na 2 SiO 3 and NaOH at 0.05-0.07 mol / L. The temperature of the electrolyte during the PEO process is maintained so that it does not exceed 50 ° C. After processing, the obtained samples are washed and dried in air.
Подложку из сплава алюминия с нанесенным пористым оксидным слоем последовательно пропитывают сначала 2 М раствором нитрата Cu (II), затем 2 М раствором нитрата Со (II) и в завершение 0.5 М раствором ацетата Се (III). Время каждой пропитки составляет 3-4 мин. После каждой пропитки образец высушивают и прокаливают при температуре 450-550°C в течение не менее 4 часов.The aluminum alloy substrate coated with a porous oxide layer is sequentially impregnated first with a 2 M solution of Cu (II) nitrate, then with a 2 M solution of Co (II) nitrate, and finally with a 0.5 M solution of Ce (III) acetate. The time of each impregnation is 3-4 minutes. After each impregnation, the sample is dried and calcined at a temperature of 450-550 ° C for at least 4 hours.
Обработка подложки методом ПЭО обеспечивает формирование пористого слоя носителя из ее собственного оксида, обладающего высокой адгезией к подложке и содержащего элементы электролита, преимущественно кремний, что дает прочную основу для наносимых композитных слоев. Развитая поверхность, высокая пористость (Васильева М.С., Артемьянов А.П., Руднев B.C., Кондриков Н.Б. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2014. Т. 50, №4. С. 411) и высокое влагопоглощение (Васильева М.С., Руднев B.C., Скляренко О.Е., Тырина Л.М., Кондриков Н.Б. // Журнал общей химии. 2010. Т. 80, №8. С. 1247) нанесенного ПЭО-покрытия позволяет легко модифицировать его с помощью пропитки и последующего отжига.The processing of the substrate by the PEO method provides the formation of a porous carrier layer from its own oxide, which has high adhesion to the substrate and contains electrolyte elements, mainly silicon, which provides a solid basis for the applied composite layers. Developed surface, high porosity (Vasilyeva MS, Artemyanov AP, Rudnev BC, Kondrikov NB // Physical chemistry of the surface and protection of materials. 2014. V. 50, No. 4. P. 411) and high moisture absorption (Vasilieva M.S., Rudnev BC, Sklyarenko O.E., Tyrina L.M., Kondrikov NB // Journal of General Chemistry. 2010.V. 80, No. 8. P. 1247) applied PEO coating allows you to easily modify it by impregnation and subsequent annealing.
При последовательной пропитке с отжигом компоненты каждого слоя взаимодействуют между собой и с компонентами нижележащего слоя, а также с пористым носителем и подложкой преимущественно с образованием оксидов и шпинелей.During sequential impregnation with annealing, the components of each layer interact with each other and with the components of the underlying layer, as well as with the porous carrier and substrate, mainly with the formation of oxides and spinels.
В результате термообработки инициируется выход активных элементов (Cu, Со) из глубинных слоев на поверхность, при этом, в отличие от меди и кобальта, церий при отжиге диффундирует в глубину покрытий, а не на поверхность, и его концентрация в поверхностном слое уменьшается. Нанесение соединения церия на завершающем этапе формирования каталитических слоев в значительной мере уменьшает последствия этого эффекта.As a result of heat treatment, the release of active elements (Cu, Co) from the deep layers to the surface is initiated, while, unlike copper and cobalt, cerium diffuses into the coating depth rather than onto the surface during annealing, and its concentration in the surface layer decreases. The application of cerium compounds at the final stage of the formation of catalytic layers significantly reduces the consequences of this effect.
Оксид церия является поставщиком кислорода в реакциях каталитического окисления, при этом за счет свободного перехода между Се4+ и Се3+ он способен регулировать количество отщепляемого кислорода в зависимости от массы окисляемых газов, в частности, при изменении интенсивности выхлопа отработавших газов. Немаловажной является его роль как промотора для других каталитически активных компонентов.Cerium oxide is a supplier of oxygen in catalytic oxidation reactions, and due to the free transition between Ce 4+ and Ce 3+, it is able to regulate the amount of oxygen being split off depending on the mass of oxidized gases, in particular, when the intensity of exhaust gas is changed. Of no small importance is its role as a promoter for other catalytically active components.
Экспериментальным путем установлено, что последовательность нанесения каталитически активных элементов (последовательность пропитки) наряду с природой этих элементов существенным образом влияет на их количество в поверхностном слое композитного катализатора.It has been experimentally established that the sequence of deposition of catalytically active elements (the impregnation sequence), along with the nature of these elements, significantly affects their amount in the surface layer of the composite catalyst.
Это влияние объясняется различиями в селективной адсорбции катионов металлов различными слоями: пористым оксидным носителем, слоями, содержащими активные компоненты.This effect is explained by differences in the selective adsorption of metal cations by different layers: a porous oxide carrier, layers containing active components.
По данным рентгеноспектрального микрозондового анализа промежуточный пористый оксидный слой (оксидный носитель), полученный методом ПЭО, кроме алюминия и кислорода, содержит кремний и натрий - элементы электролита. Как показывает рентгенофазовый анализ, из кристаллических фаз в составе этого слоя присутствует γ-Al2O3. Поскольку содержание кремния в составе покрытий довольно велико (~9 ат. %), можно предположить наличие в составе промежуточного пористого слоя аморфного кремнезема SiO2. Таким образом, общий состав формируемого носителя можно обозначить как SiO2+Al2O3/Al.According to X-ray microprobe analysis, the intermediate porous oxide layer (oxide carrier) obtained by the PEO method, in addition to aluminum and oxygen, contains silicon and sodium - electrolyte elements. As shown by x-ray phase analysis, of the crystalline phases in the composition of this layer there is γ-Al 2 O 3 . Since the silicon content in the composition of the coatings is quite high (~ 9 at.%), We can assume the presence of amorphous silica SiO 2 in the composition of the intermediate porous layer. Thus, the total composition of the formed support can be designated as SiO 2 + Al 2 O 3 / Al.
По данным рентгеноспектрального микрозондового анализа (усредненным для слоя глубиной ~5 мкм) элементный состав полученного композитного катализатора на подложке из алюминиевого сплава Д16 содержит, ат. %: О 56,6, Al 12,8, Si 5,0, Со 14,9, Cu 8,5, Се 2,3. Его фазовый состав включает γ-Al2O3, мелкокристаллические CuO, CeO2, Co3O4. Для катализаторов на подложках из других сплавов элементный состав является сходным и отличается лишь присутствием незначительного количества примесных компонентов конкретного сплава.According to x-ray microprobe analysis (averaged over a layer with a depth of ~ 5 μm), the elemental composition of the obtained composite catalyst on a substrate of aluminum alloy D16 contains, at. %: O 56.6, Al 12.8, Si 5.0, Co 14.9, Cu 8.5, Ce 2.3. Its phase composition includes γ-Al 2 O 3 , crystalline CuO, CeO 2 , Co 3 O 4 . For catalysts on substrates from other alloys, the elemental composition is similar and differs only in the presence of an insignificant amount of impurity components of a particular alloy.
По данным рентгеноэлектронной спектроскопии (общая глубина анализируемого слоя ~6 нм) в составе поверхностного и приповерхностного слоев полученного композитного катализатора алюминий и кремний отсутствуют. Эти слои преимущественно содержат оксиды нанесенных пропиткой металлов: меди, кобальта и церия. В поверхностном слое глубиной ~3 нм присутствуют Cu2+, Со3+, Се4+, в приповерхностном глубиной ~5-6 нм (после удаления поверхностного слоя) наряду с перечисленными выше компонентами присутствуют Cu+, Со2+ и Се3+. Сумма всех активных компонентов составляет ~37-50 ат. %.According to X-ray electron spectroscopy (total depth of the analyzed layer ~ 6 nm), aluminum and silicon are absent in the composition of the surface and near-surface layers of the obtained composite catalyst. These layers mainly contain oxides of impregnated metals: copper, cobalt and cerium. In the surface layer with a depth of ~ 3 nm, Cu 2+ , Co 3+ , and Ce 4+ are present; in the surface layer with a depth of ~ 5-6 nm (after removal of the surface layer), Cu + , Co 2+, and Ce 3+ are present along with the components listed above . The sum of all active components is ~ 37-50 at. %
Таким образом, при нанесении каталитически активных оксидов в соответствии с предлагаемым способом обеспечиваются оптимальный состав и максимальная суммарная концентрация активных элементов в поверхностном слое.Thus, when applying catalytically active oxides in accordance with the proposed method, the optimal composition and maximum total concentration of active elements in the surface layer are ensured.
Как показывают представленные на фиг. 1 снимки, сделанные с помощью электронной сканирующей микроскопии (ЭСМ), морфология поверхности пористого оксидного носителя, сформированного методом ПЭО, при нанесении каталитически активных слоев изменяется незначительно. Сохраняется высокое удельное значение поверхности.As shown in FIG. 1 images taken by electron scanning microscopy (ESM), the surface morphology of the porous oxide support formed by the PEO method, when applying catalytically active layers varies slightly. High specific surface area is maintained.
На фиг. 1 показаны фазовое (а) и амплитудное (б) ЭСМ-изображения поверхности пористого носителя SiO2+Al2O3 на подложке из сплава алюминия; на фиг. 1 (в) фазовое и (г) амплитудное изображения поверхности активного каталитического слоя.In FIG. 1 shows phase (a) and amplitude (b) ESM images of the surface of a porous SiO 2 + Al 2 O 3 support on an aluminum alloy substrate; in FIG. 1 (c) phase and (d) amplitude images of the surface of the active catalytic layer.
Полученные композитные катализаторы были протестированы в модельной реакции окисления СО в CO2. Температура 50% конверсии СО - Т50, которая была определена на основании зависимости конверсии от температуры (фиг. 2, кривая 2), составляет 161°C, в то время как пористый композитный носитель SiO2+Al2O3/Al не обладает каталитической активностью: при температуре 500°C степень превращения СО составляет всего ~5% (фиг. 2, кривая 1).The resulting composite catalysts were tested in a model reaction of CO oxidation in CO 2 . The temperature of the 50% conversion of CO - T 50 , which was determined based on the dependence of the conversion on temperature (Fig. 2, curve 2), is 161 ° C, while the porous composite support SiO 2 + Al 2 O 3 / Al does not have catalytic activity: at a temperature of 500 ° C, the degree of conversion of CO is only ~ 5% (Fig. 2, curve 1).
В соответствии с имеющимися в литературе данными (Фирсова А.А., Хоменко Т.И., Ильичев А.Н., Корчак В.Н. // Кинетика и катализ. 2008. Т. 49. №5. C. 713) высокая активность тройных оксидных структур СоО-СоО-CeO2 (в реакции селективного окисления СО) обусловлена сильным взаимодействием нанесенных оксидов меди и кобальта с диоксидом церия с образованием на поверхности кластеров Cu-Со-Се-О. При адсорбции СО на поверхности таких катализаторов образуются комплексы Со+-СО и Cu+-СО, а окисление карбонильной группы в этих комплексах кислородом кластеров Cu-Со-Се-О происходит при 140-160°C. Установлено (Spasova I., Velichkova N., Nihtianova D., Kristova M. / Influence of Ce addition on the catalytic behavior of alumina-supported Cu-Co catalysts in NO reduction with CO // J. Colloid and Interface Sci. 2011. V. 354. P. 777-784), что CeO2 способствует образованию активных фаз, формирующих каталитически активные участки на поверхности образцов CeO2+CuO/Al2O3/Al, CeO2+СоО/Al2O3/Al и CeO2+CuCoOx/Al2O3/Al.In accordance with the literature data (Firsova A.A., Khomenko T.I., Ilyichev A.N., Korchak V.N. // Kinetics and Catalysis. 2008. T. 49. No. 5. C. 713) the high activity of the ternary oxide structures of CoO — CoO — CeO 2 (in the reaction of selective CO oxidation) is due to the strong interaction of supported copper and cobalt oxides with cerium dioxide with the formation of Cu — Co — Ce — O clusters on the surface. During the adsorption of CO, Co + –CO and Cu + –CO complexes are formed on the surface of such catalysts, and the oxidation of the carbonyl group in these complexes by the oxygen of Cu – Co – Ce – O clusters occurs at 140–160 ° C. Found (Spasova I., Velichkova N., Nihtianova D., Kristova M. / Influence of Ce addition on the catalytic behavior of alumina-supported Cu-Co catalysts in NO reduction with CO // J. Colloid and Interface Sci. 2011. V. 354. P. 777-784) that CeO 2 promotes the formation of active phases forming catalytically active sites on the surface of CeO 2 + CuO / Al 2 O 3 / Al, CeO 2 + CoO / Al 2 O 3 / Al and CeO 2 + CuCoO x / Al 2 O 3 / Al.
Каталитические свойства полученных каталитических систем типа [CeOx/CoOx/CuOx]/[Al2O3+SiO2]/Al в окислении СО воспроизводимы и стабильны во времени, при этом покрытия обнаруживают высокую термостойкость и механическую прочность.The catalytic properties of the obtained catalyst systems of the type [CeO x / CoO x / CuO x ] / [Al 2 O 3 + SiO 2 ] / Al in the oxidation of CO are reproducible and stable over time, while the coatings exhibit high heat resistance and mechanical strength.
Примеры конкретного осуществления способаExamples of specific implementation of the method
Анодные ПЭО-покрытия формировали гальваностатически при эффективной плотности тока i=0.03 А/см2 в течение 30 мин, используя управляемый компьютером многофункциональный источник тока на базе серийного тиристорного агрегата «ТЕР-4/460Н» (Россия). Образец служил анодом, катод был выполнен в виде змеевика из полой трубки коррозионно-стойкой стали. Температура раствора в ходе процесса не превышала 50°C. После плазменно-электролитической обработки образцы промывали вначале проточной водой, затем дистиллированной, после сушили на воздухе.Anode PEO coatings were formed galvanostatically at an effective current density i = 0.03 A / cm 2 for 30 min using a computer-controlled multifunctional current source based on the TER-4 / 460H serial thyristor unit (Russia). The sample served as the anode, the cathode was made in the form of a coil from a hollow tube of corrosion-resistant steel. The temperature of the solution during the process did not exceed 50 ° C. After plasma-electrolytic treatment, the samples were washed first with running water, then distilled, and then dried in air.
Для анализа состава поверхности был применен метод рентгеноэлектронной спектроскопии (РЭС) с помощью сверхвысоковакуумной установки фирмы Specs (Германия). Для сопоставления состава поверхности (глубина ~3 нм) и более глубинных (приповерхностных) слоев проводили травление поверхности бомбардировкой ионами аргона с энергией 5000 эВ в течение 5 мин. В результате удалялся поверхностный слой толщиной ~3 нм.To analyze the surface composition, the method of X-ray electron spectroscopy (RES) was applied using an ultrahigh-vacuum installation by Specs (Germany). To compare the composition of the surface (depth ~ 3 nm) and deeper (surface) layers, the surface was etched by bombardment with argon ions with an energy of 5000 eV for 5 min. As a result, the surface layer ~ 3 nm thick was removed.
Фазовый состав оксидных слоев определяли методом рентгенофазового анализа (РФА) на рентгеновском дифрактометре D8 ADVANCE (Германия) в CuKα излучении.The phase composition of the oxide layers was determined by X-ray phase analysis (XRD) on a D8 ADVANCE X-ray diffractometer (Germany) in CuK α radiation.
Данные об усредненном по объему элементном составе покрытий при сканировании на глубину до 5 мкм получали на рентгеноспектральном микроанализаторе JXA 8100 (Япония), дополнительно оснащенном энергодисперсионной (рентгеноспектральной) приставкой INCA (Англия).Data on the averaged over the volume elemental composition of the coatings during scanning to a depth of 5 μm was obtained on a JXA 8100 X-ray microanalyzer (Japan), additionally equipped with an INCA energy-dispersive (X-ray) prefix (England).
Для проведения каталитических испытаний использовали универсальную установку проточного типа BI-CATflow4.2(A) (ИК СО РАН). Исходная реакционная смесь содержала 5% СО + воздух. Скорость потока газа составляла 50 мл/мин. Концентрацию СО и CO2 на выходе определяли, используя ИК-газоанализатор "ПЭМ-2". Интервал исследуемых температур - 20-500°C. Испытуемые каталитически активные образцы общей площадью 10 см2 нагревали до заданной температуры с шагом 25-50° со скоростью 20°/мин и выдерживали при этой температуре до установления постоянного состава конечной реакционной смеси (15-20 мин).For carrying out catalytic tests, a universal flow-through installation type BI-CATflow4.2 (A) was used (IR SB RAS). The initial reaction mixture contained 5% CO + air. The gas flow rate was 50 ml / min. The concentration of CO and CO 2 at the outlet was determined using a TEM-2 infrared gas analyzer. The range of the studied temperatures is 20-500 ° C. The tested catalytically active samples with a total area of 10 cm 2 were heated to a predetermined temperature in increments of 25-50 ° at a speed of 20 ° / min and kept at this temperature until a constant composition of the final reaction mixture was established (15-20 min).
Пример 1Example 1
На подложке из сплава алюминия Д16 (вес. %: 3,8-4,9 Cu, 1,2-1,8 Mg, 0,3-0,9 Mn, остальное Al) формировали промежуточный слой методом ПЭО при плотности тока 0,05 А/см2 в электролите, содержащем моль/л: 0,05 Na2SiO3 и 0,05 NaOH в течение 30 мин.An intermediate layer was formed on a substrate of aluminum alloy D16 (wt.%: 3.8-4.9 Cu, 1.2-1.8 Mg, 0.3-0.9 Mn, the rest Al) by PEO at a current density of 0 05 A / cm 2 in an electrolyte containing mol / L: 0.05 Na 2 SiO 3 and 0.05 NaOH for 30 minutes
Пропитку осуществляли 2 М раствором нитрата Cu (II) в течение 4 мин, сушили на воздухе, прокаливали 4 часа при 550°C. Затем пропитывали 2 М раствором нитрата Со (II) в течение 4 мин, сушили на воздухе и прокаливали 4 часа при 550°C. Затем пропитывали 0.5 М раствором ацетата Се (III) в течение 4 мин, сушили на воздухе и прокаливали 4 часа при 500°C.The impregnation was carried out with a 2 M solution of Cu (II) nitrate for 4 minutes, dried in air, and calcined for 4 hours at 550 ° C. Then it was impregnated with a 2 M solution of Co (II) nitrate for 4 min, dried in air and calcined for 4 hours at 550 ° C. Then it was impregnated with a 0.5 M solution of Ce (III) acetate for 4 min, dried in air, and calcined for 4 hours at 500 ° C.
Фазовый состав: γ-Al2O3, мелкокристаллические оксиды CuO, CeO2, Co3O4. Температура полуконверсии СО 161°C.Phase composition: γ-Al 2 O 3 , crystalline oxides CuO, CeO 2 , Co 3 O 4 . The temperature of the semi-conversion of CO is 161 ° C.
Пример 2Example 2
Подложку из сплава алюминия АМг5 (вес. %: 4,8-5,8 Mg, 0,5-0,8 Mn, 0,02-0,1 Ti, 0,0002-0,005 Be, до 0,5 Fe, до 0,5 Si, до 0,2 Zn, до 0,1 Cu, 91,9-94,68 Al) обрабатывали в условиях примера 1, при этом ПЭО проводили плотности тока 0,2 А/см2 в электролите, содержащем моль/л: 0,07 Na2SiO3 и 0,07 NaOH в течение 10 мин, пропитку на каждом этапе осуществляли в течение 3 мин, прокаливание - в течение 4 с половиной часов при 450°C.AMg5 aluminum alloy substrate (wt.%: 4.8-5.8 Mg, 0.5-0.8 Mn, 0.02-0.1 Ti, 0.0002-0.005 Be, up to 0.5 Fe, up to 0.5 Si, up to 0.2 Zn, up to 0.1 Cu, 91.9-94.68 Al) was processed under the conditions of example 1, while PEO was carried out with a current density of 0.2 A / cm 2 in an electrolyte containing mol / L: 0.07 Na 2 SiO 3 and 0.07 NaOH for 10 minutes, impregnation at each stage was carried out for 3 minutes, calcination for 4 and a half hours at 450 ° C.
Усредненный элементный состав слоя толщиной 5 мкм, ат. %: О 54,9, Al 13,6, Si 4,9, Со 15,0, Cu 8,4, Се 2,1, Mg 1,1.Averaged elemental composition of a layer 5 microns thick, at. %: O 54.9, Al 13.6, Si 4.9, Co 15.0, Cu 8.4, Ce 2.1, Mg 1.1.
Остальные результаты аналогичны полученным в примере 1.The remaining results are similar to those obtained in example 1.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014152667/04A RU2571099C1 (en) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | Method for obtaining catalytically active composite layers on aluminium alloy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014152667/04A RU2571099C1 (en) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | Method for obtaining catalytically active composite layers on aluminium alloy |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2571099C1 true RU2571099C1 (en) | 2015-12-20 |
Family
ID=54871249
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014152667/04A RU2571099C1 (en) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | Method for obtaining catalytically active composite layers on aluminium alloy |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2571099C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2641290C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-01-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Method for producing catalytically active composite material |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090130502A1 (en) * | 2006-02-17 | 2009-05-21 | Monsanto Technology Llc | Transition metal-containing catalysts and processes for their preparation and use as fuel cell catalysts |
RU2395337C1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-07-27 | "Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский государственный университет им. А.М. Горького" | Catalyst preparation method |
RU2455069C1 (en) * | 2011-02-17 | 2012-07-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Method of producing catalyst for diesel soot after-burning |
-
2014
- 2014-12-24 RU RU2014152667/04A patent/RU2571099C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090130502A1 (en) * | 2006-02-17 | 2009-05-21 | Monsanto Technology Llc | Transition metal-containing catalysts and processes for their preparation and use as fuel cell catalysts |
RU2395337C1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-07-27 | "Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский государственный университет им. А.М. Горького" | Catalyst preparation method |
RU2455069C1 (en) * | 2011-02-17 | 2012-07-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Method of producing catalyst for diesel soot after-burning |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2641290C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-01-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Method for producing catalytically active composite material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101474566B (en) | A monolithic catalyst for catalytic combustion of toluene waste gas and preparation method thereof | |
US8969228B2 (en) | Process for elimination of hexavalent chromium compounds on metallic substrates within zero-PGM catalyst systems | |
US11951465B2 (en) | Solution-based approach to make porous coatings for sinter-resistant catalysts | |
US20150018202A1 (en) | Variations of Loading of Zero-PGM Oxidation Catalyst on Metallic Substrate | |
JP5336234B2 (en) | Composite particle carrier, method for producing the same, and method for producing carboxylic acid ester | |
JP5327048B2 (en) | Exhaust gas purification catalyst carrier manufacturing method and exhaust gas purification catalyst carrier | |
US20150352530A1 (en) | Catalyst composition for exhaust gas purification and catalyst for exhaust gas purification | |
RU2515727C2 (en) | Method of obtaining nanostructured catalytic coatings on ceramic carriers for neutralisation of waste gasses of internal combustion engines | |
JP2011140011A (en) | Method for producing co oxidation catalyst and co oxidation catalyst obtained thereby | |
US10471419B2 (en) | Method for forming metal oxide coating layer on catalyst substrate, catalyst substrate including metal oxide coating layer and catalyst apparatus | |
JP6789491B2 (en) | Metal foil catalyst and its manufacturing method, and catalyst converter | |
JP2010221083A (en) | Noble metal support and method for producing carboxylic acid ester using the same as catalyst | |
Lebukhova et al. | The structural catalyst CuMoO4/TiO2/TiO2+ SiO2/Ti for diesel soot combustion | |
RU2455069C1 (en) | Method of producing catalyst for diesel soot after-burning | |
US20100261600A1 (en) | Metal structure, catalyst-supported metal structure, catalyst-supported metal structure module and preparation methods thereof | |
RU2571099C1 (en) | Method for obtaining catalytically active composite layers on aluminium alloy | |
KR101528334B1 (en) | a micro channel reactor and a fabricating method thereof | |
JP5515635B2 (en) | Noble metal-supported silicon carbide particles, production method thereof, catalyst containing the same, and production method thereof | |
JP7401392B2 (en) | Core-shell type oxygen absorbing and releasing material | |
EP3581268A1 (en) | Exhaust gas purifying catalyst composition, method for producing same and exhaust gas purifying catalyst for automobiles | |
JP7211709B2 (en) | Exhaust gas purifying three-way catalyst, manufacturing method thereof, and integral structure type exhaust gas purifying catalyst | |
JP4298071B2 (en) | Exhaust gas purification material and method for producing the same | |
RU2417841C1 (en) | Method of making catalytic composite coating | |
CN109715289B (en) | Exhaust gas purifying three-way catalyst, method for producing same, and exhaust gas purifying catalytic converter | |
Su et al. | Well-controlled metal co-catalysts synthesised by chemical vapour impregnation for photocatalytic hydrogen production and water purification |