CN110560149A - 一种沸石负载金属型消氢和除氚催化剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沸石负载金属型消氢和除氚催化剂及其应用。催化剂的组成为Metal/zeolite，沸石为载体，贵金属为活性组分，贵金属的重量百分比小于等于10%。本发明的沸石负载金属型消氢和除氚催化剂是一种在低浓度氢/氚条件下，室温反应活性高、抗水汽性能好的无机消氢/除氚贵金属催化剂，可以灵活方便地应用于核电站非能动消氢、蓄电池消氢、含氚场所的辐射防护。

Description

一种沸石负载金属型消氢和除氚催化剂及其应用
技术领域
本发明属于除氚催化剂技术领域和消氢催化剂技术领域，具体涉及一种沸石负载金属型消氢和除氚催化剂及其应用。
背景技术
氚是氢同位素的一种，是一种迁移性很强的放射性核素，对环境和人有极大的危害。所以凡是涉氚操作的工艺必须执行严格的辐射防护和环境排放要求。对含氚气体进行催化净化是辐射防护的重要手段。催化氧化联合吸附的催化净化技术是一主要技术，催化剂是催化净化技术的核心。常用催化剂是氧化铝作为催化剂载体的Pt/Al2O3催化剂，但这一类催化剂大多室温反应性能和抗水汽性能很差。虽然采用有机高分子材料作为铂催化剂的载体（Fusion Sci. Technol., 56, 141~147 (2009); J. Plasma Fusion Res. Series,9, 332~337 (2010)）可改善室温反应性和抗水汽性能，但有机高分子载体的高温稳定性差。
对于核电站非能动消氢、蓄电池消氢等消氢领域，也是采用氧化铝作为催化剂载体的Pt/Al2O3催化剂，同样面临室温反应性较差，特别是含水汽条件下室温反应性差、难以启动的问题。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是提供一种沸石负载金属型消氢和除氚催化剂，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种沸石负载金属型消氢和除氚催化剂的应用。
本发明的沸石负载金属型消氢和除氚催化剂，其特点是：所述的催化剂包括沸石和贵金属，沸石为载体，贵金属为活性组分，贵金属的重量百分比小于等于10%；
所述的沸石的组分为[SiO2]x[AlO4]yMz，M为金属阳离子或质子，X:Y=（100~∞）:1，Z=Y/V，V为金属阳离子M的价态；
所述的贵金属包括Pt、Pd、Ag或Au中的一种或任意几种。
所述的沸石的晶体结构为MFI、BEA、FAU、MEL、AFI、MEL、CFI、CHA、ITW、MTN、SAS、STF、LTA中的一种或任意几种。
所述的沸石的形状为粉末、颗粒、圆柱体、异型体中的一种或任意几种。
所述的沸石负载在结构化载体上，所述的结构化载体为堇青石、氧化物、金属网、金属纤维中的一种或任意几种。
所述的沸石的合成方法为水热法、干胶转化法、溶剂热法、离子热法中的一种。
所述的贵金属的负载方法为浸渍法、离子交换法、沉积-沉淀法或化学气相沉积法中的一种。
本发明的沸石负载金属型消氢和除氚催化剂应用于核电站非能动消氢、蓄电池消氢、含氚场所的辐射防护。
本发明的沸石负载金属型消氢和除氚催化剂是一种在低浓度氢/氚条件下，室温反应活性高、抗水汽性能好的无机消氢/除氚贵金属催化剂，可以灵活方便地应用于核电站非能动消氢、蓄电池消氢、含氚场所的辐射防护。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种修改、替换和改进等，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的沸石负载金属型消氢和除氚催化剂包括沸石和贵金属，沸石为载体，贵金属为活性组分，贵金属的重量百分比小于等于10%；
所述的沸石的组分为[SiO2]x[AlO4]yMz，M为金属阳离子或质子，X:Y=（100~∞）:1，Z=Y/V，V为金属阳离子M的价态；
所述的贵金属包括Pt、Pd、Ag或Au中的一种或任意几种。
所述的沸石的晶体结构为MFI、BEA、FAU、MEL、AFI、MEL、CFI、CHA、ITW、MTN、SAS、STF、LTA中的一种或任意几种。
所述的沸石的形状为粉末、颗粒、圆柱体、异型体中的一种或任意几种。
所述的沸石负载在结构化载体上，所述的结构化载体为堇青石、氧化物、金属网、金属纤维中的一种或任意几种。
所述的沸石的合成方法为水热法、干胶转化法、溶剂热法、离子热法中的一种。
所述的贵金属的负载方法为浸渍法、离子交换法、沉积-沉淀法或化学气相沉积法中的一种。
实施例1
本实施例的沸石负载金属型消氢和除氚催化剂通过下述步骤制得：
沸石的制备：将硅源（硅胶、硅溶胶、水玻璃、硅酸钠、SiO2粉、正硅酸乙酯等）、铝源（铝酸钠、硝酸铝、假勃姆石、三水铝石、异丙醇铝等）、碱（氢氧化钠、氢氧化钾等）、胺（四丙基溴化胺、乙二胺、四丙基氢氧化胺等）、水按摩尔比为1SiO2: (0~0.033)Al: (0~5.0)OH–:(0~2000) H2O 的比例混合，再于100 °C ~200 °C 下水热反应10 h ~72 h，将产物分离洗涤后于400°C ~600 °C焙烧6 h ~20 h。
浸渍法：将所需量的贵金属盐溶液（氯铂酸、氯钯酸）与沸石载体混合，与50°C ~110 °C蒸干溶液，再于400°C ~600 °C焙烧2 h ~5 h，再于200°C ~400 °C下氢气还原2 h ~5 h。
实施例2
本实施例的沸石负载金属型消氢和除氚催化剂通过下述步骤制得：
沸石的制备：将硅源（硅胶、硅溶胶、水玻璃、硅酸钠、SiO2粉、正硅酸乙酯等）、铝源（铝酸钠、硝酸铝、假勃姆石、三水铝石、异丙醇铝等）、碱（氢氧化钠、氢氧化钾等）、胺（四丙基溴化胺、乙二胺、四丙基氢氧化胺等）、水按摩尔比为1SiO2: (0~0.033)Al: (0~5.0)OH–:(0~2000) H2O 的比例混合，于50 °C ~100 °C蒸干至粉末，将粉末于水蒸气下、130°C ~200°C水热转化10 h ~70 h。将产物分离洗涤后于400°C ~600 °C 焙烧6 h ~20 h。
离子交换法：将所需量的金属盐溶液（Pt(NH3)4Cl2,Pt的重量百分比小于等于10%）与沸石载体混合，与50°C ~110 °C蒸干溶液，再于400°C ~600 °C 焙烧2 h ~5 h，再于200°C ~400 °C下氢气还原2 h ~5 h。
实施例3
本实施例的沸石负载金属型消氢和除氚催化剂通过下述步骤制得：
沸石的制备：将硅源（硅胶、硅溶胶、水玻璃、硅酸钠、SiO2粉、正硅酸乙酯等）、铝源（铝酸钠、硝酸铝、假勃姆石、三水铝石、异丙醇铝等）、碱（氢氧化钠、氢氧化钾等）、胺（四丙基溴化胺、乙二胺、四丙基氢氧化胺等）、水按摩尔比为1SiO2: (0~0.033)Al: (0~5.0)OH-:(0~2000) H2O 的比例混合，于50 °C ~100 °C 蒸干至粉末，将粉末于水蒸气下、130 °C ~200 °C水热转化10 h ~70 h。将产物分离洗涤后于400 °C ~600 °C 焙烧6 h ~20 h。
离子交换法：将所需量的金属盐溶液（Pt(NH3)4Cl2, Pt的重量百分比小于等于10%）与沸石载体混合，与50°C ~110 °C蒸干溶液，再于400°C ~600 °C 焙烧2 h ~5 h，再于200°C ~400 °C下氢气还原2 h ~5 h。
为了验证本发明的沸石负载金属型消氢和除氚催化剂的消氢性能，将实施例1~3制备的0.1g催化剂装于反应器，反应物为0.1% H2和空气，并混入饱和水蒸气，于室温下测试性能，转化率为100%。作为对比，商用Pt/Al2O3催化剂转化率不足10%。
为了验证本发明的沸石负载金属型消氢和除氚催化剂的除氚性能，将实施例1~3制备的0.1g催化剂装于反应器，使用放射性活度为1.5×107Bq/m3~STP的含氚空气为反应物，加入饱和水蒸气，空速在5000 h~1，室温反应，氚转化率大于90%。作为对比，商用Pt/Al2O3催化剂转化率不足2%。
以上实施例仅为说明本发明，并不限制本发明。

Claims (7)

1.一种沸石负载金属型消氢和除氚催化剂，其特征在于：所述的催化剂包括沸石和贵金属，沸石为载体，贵金属为活性组分，贵金属的重量百分比小于等于10%；
所述的沸石的组分为[SiO2]x[AlO4]yMz，M为金属阳离子或质子，X:Y=（100~∞）:1，Z=Y/V，V为金属阳离子M的价态；
所述的贵金属包括Pt、Pd、Ag或Au中的一种或任意几种。
2.根据权利要求1所述的沸石负载金属型消氢和除氚催化剂，其特征在于：所述的沸石的晶体结构为MFI、BEA、FAU、MEL、AFI、MEL、CFI、CHA、ITW、MTN、SAS、STF、LTA中的一种或任意几种。
3.根据权利要求1所述的沸石负载金属型消氢和除氚催化剂，其特征在于：所述的沸石的形状为粉末、颗粒、圆柱体、异型体中的一种或任意几种。
4.根据权利要求1所述的沸石负载金属型消氢和除氚催化剂，其特征在于：所述的沸石负载在结构化载体上，所述的结构化载体为堇青石、氧化物、金属网、金属纤维中的一种或任意几种。
5.根据权利要求1所述的沸石负载金属型消氢和除氚催化剂，其特征在于：所述的沸石的合成方法为水热法、干胶转化法、溶剂热法、离子热法中的一种。
6.根据权利要求1所述的沸石负载金属型消氢和除氚催化剂，其特征在于：所述的贵金属的负载方法为浸渍法、离子交换法、沉积-沉淀法或化学气相沉积法中的一种。
7.一种沸石负载金属型消氢和除氚催化剂的应用，其特征在于：所述的催化剂应用于核电站非能动消氢、蓄电池消氢、含氚场所的辐射防护。
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