Способ получения каталитического материала

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Бушинский Максим Владиславович Шаповалова Елена Федоровна Чобот Анна Николаевна(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ получения каталитического материала, включающий приготовление исходной шихты и обжиг до получения сложного металлооксида со структурой перовскита, отличающийся тем, что шихту готовят из 611, 3, 23 и 23, полученный после обжига сложный металлооксид восстанавливают в присутствии металлического тантала,вторично обжигают при температуре 745-755 С и охлаждают со скоростью 28-32 С/час до комнатной температуры. Изобретение относится к области катализа, в частности к способам получения каталитических материалов со структурой перовскита для окислительно-восстановительных реакций и контроля выхода сажи в дизельных отходах. Известен способ получения каталитического материала со структурой перовскита, при котором добавляют угольный порошок в водный раствор солей металла, смесь выпаривают до гелеобразного состояния и обжигают 1. Количество металлооксида в смеси выбирают с учетом количества солей металла, чтобы обеспечить нужное молярное соотношение после нагрева и обжига водного раствора. Недостатками этого способа являются сложный многокомпонентный состав и многоступенчатая энергозатратная технология. Известен способ получения каталитического материала с общей химической формулой а-х ( - однофазная смесь лантаноидов из бастнезита,- одно- или двухвалентный металл,- переходный элемент, 00,7) для контроля отходов дизельных двигателей внутреннего сгорания, при котором приготавливают однородную шихту из однофазной смеси солей лантаноидов, полученной из бастнезита, и соответствующих солей или оксидов элементовив определенном соотношении, шихту обжигают до получения сложного металлооксида со структурой перовскита, снова измельчают для 14038 1 2011.02.28 уменьшения размера частиц, полученный порошок используют для изготовления суспензии, наносят ее на подложку и обжигают 2. Недостатками этого способа являются его сложность и высокая стоимость, так как для его осуществления требуются дорогостоящие редкоземельные элементы, недостаточно высокие каталитическая активность и стабильность продукта при работе его в агрессивных средах, сложное оборудование, длительность многоступенчатого технологического процесса, а также узкая сфера использования продукта. Задачей, решаемой данным изобретением, является упрощение способа получения каталитического материала с повышенной каталитической активностью и стабильностью при работе в агрессивных средах, при котором используют более дешевые исходные материалы, более простую и менее энергоемкую технологию и получают продукт, который можно использовать более широко в качестве катализатора окислительновосстановительных реакций при преобразовании , углеводородов, оксидов или азотных соединений в автомобильных двигателях. Поставленная задача решается способом получения каталитического материала, состоящего из приготовления исходной шихты и обжига ее до получения сложного металлооксида со структурой перовскита. Новым, по мнению авторов, является то, что исходную шихту готовят из 611,3, 23 и 23, полученный после обжига сложный металлооксид восстанавливают в присутствии металлического тантала, вторично обжигают при 745-755 С и охлаждают со скоростью 28-32 С/ч до комнатной температуры. Сущность изобретения заключается в том, что простые оксиды и карбонаты 611,3, 23 и 23 смешивают в стехиометрическом соотношении и измельчают в планетарной мельнице , после чего проводят синтез на воздухе при температуре 1180 С. Для поддержания стехиометрии по кислороду охлаждение проводится медленно со скоростью 28-32 С/ч. Полученное таким образом соединение 0,50,50,50,53 восстанавливается в вакууме в присутствии металлического тантала до простых оксидов празеодима и стронция и металлических кобальта и марганца, после чего отжигается при 745755 С на воздухе и охлаждается со скоростью 28-32 С/ч до комнатной температуры. Замещение части ионов празеодима на стронций снижает стоимость исходных материалов, замена кобальта на ионы трехвалентного марганца уменьшает долю ковалентной составляющей химической связи, приводя к локализации электронов и стабилизации перовскитной структуры, что обеспечивает стабильную работу катализатора в агрессивных средах, а восстановление и отжиг при низкой температуре обеспечивают получение однородного мелкозернистого продукта, пригодного для газовых фильтров в автомобильных двигателях и электродов в твердотельных электрохимических устройствах, предназначенных для эксплуатации при температурах 500-700 С. Пример конкретного осуществления. Поликристаллический образец состава 0,50,50,50,53 был получен по обычной керамической технологии из простых оксидов и карбонатов 611, 3, 23 и 23,смешанных в стехиометрическом соотношении в планетарной мельнице . Температура синтеза на воздухе 1180 С. Для поддержания стехиометрии по кислороду охлаждение проводилось медленно со скоростью 28-32 С/ч. При охлаждении со скоростью больше 32 С/ч образец получался неоднородным, а охлаждение со скоростью меньшей 28 С/ч увеличивало длительность процесса. Часть полученного таким образом образца была восстановлена в вакуумированной ампуле в присутствии металлического тантала до простых оксидов 23,и металлических кобальта и марганца. Затем восстановленный образец был отожжен при 745-755 С на воздухе и охлажден со скоростью 28-32 С/ч до комнатной температуры. Отжиг при температуре выше 755 С приводил к увеличению размеров образующихся зерен, а при температуре ниже 745 С процесс окисления был не 2 14038 1 2011.02.28 завершен и продукт содержал примеси металлических оксидов. Исследования, проведенные с помощью растрового электронного микроскопа 1455 фирмы Карл Цейсс,показали, что средний размер зерен образца, полученного по обычной керамической технологии, составляет около 3 км, а полученный методом окислительно-восстановительных реакций образец содержит конгломераты частиц со средними размерами около 200 нм, т.е. в 15 раз меньше, чем у прототипа. Рентгенофазовый анализ, проведенный на дифрактометре ДРОН-3 М в - излучении, не выявил следов посторонних фаз. Таким образом, при использовании заявляемого технического решения достигается получение каталитического материала более простого по составу из более дешевых исходных материалов с более высокой каталитической активностью при меньших энергозатратах. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3