PL240269B1 - Materiał kompozytowy w postaci cząstek stałych o budowie typu rdzeń-powłoka-faza aktywna, sposób otrzymywania takiego materiału kompozytowego i jego zastosowanie - Google Patents

Materiał kompozytowy w postaci cząstek stałych o budowie typu rdzeń-powłoka-faza aktywna, sposób otrzymywania takiego materiału kompozytowego i jego zastosowanie Download PDF

Info

Publication number
PL240269B1
PL240269B1 PL423615A PL42361517A PL240269B1 PL 240269 B1 PL240269 B1 PL 240269B1 PL 423615 A PL423615 A PL 423615A PL 42361517 A PL42361517 A PL 42361517A PL 240269 B1 PL240269 B1 PL 240269B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
composite material
carbon
silica
material according
core
Prior art date
Application number
PL423615A
Other languages
English (en)
Other versions
PL423615A1 (pl
Inventor
Piotr KUŚTROWSKI
Piotr Kuśtrowski
Tomasz Kondratowicz
Kamil Machowski
Piotr NATKAŃSKI
Piotr Natkański
Original Assignee
Univ Jagiellonski
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 Univ Jagiellonski filed Critical Univ Jagiellonski
Priority to PL423615A priority Critical patent/PL240269B1/pl
Priority to DE102018129499.9A priority patent/DE102018129499A1/de
Publication of PL423615A1 publication Critical patent/PL423615A1/pl
Publication of PL240269B1 publication Critical patent/PL240269B1/pl

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/38Removing components of undefined structure
    • B01D53/44Organic components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/8668Removing organic compounds not provided for in B01D53/8603 - B01D53/8665
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9459Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/42Platinum
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74Iron group metals
    • B01J23/75Cobalt
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/20Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
    • B01J35/23Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/51Spheres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/0072Preparation of particles, e.g. dispersion of droplets in an oil bath
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/70Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/708Volatile organic compounds V.O.C.'s
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2258/00Sources of waste gases
    • B01D2258/01Engine exhaust gases

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Claims (20)

  1. PL 240 269 Β1
    Tabela 3. Wyniki testów dynamicznej adsorpcji-desorpcji par toluenu - całkowita ilość zaadsorbowanego
    Próbka Replika CMK-1 CMK-l/ZrOi Pt-CMK-l/ZrO2
    Pojemność [mg/g]
    Gaz nośny - azot 168,9 158,8 103,8
    Gaz nośny - powietrze - 51,7 75,8
    Wyniki eksperymentów potwierdziły wysoką pojemność sorpcyjną materiałów według wynalazku. Pomimo, iż modyfikacja powierzchni węgla ograniczyła zdolności adsorpcyjne materiałów w stosunku do prekursora węglowego, powłoka ZrO2 zwiększyła stabilność termiczną rdzenia węglowego w atmosferze utleniającej w porównaniu do przykładowego mezoporowatego węgla typu CMK-1. Powłoka ZrO2 izoluje węglowy rdzeń katalizatora od atmosfery utleniającej, w której prowadzony jest proces dopalania katalitycznego LZO zabezpieczając go przed spaleniem. Naniesienie fazy aktywnej spowodowało zwiększenie pojemności sorpcyjnej względem CMK-1/ZrO2.
    Przykład 6
    Ocena aktywności katalitycznych materiałów według wynalazku.
    Zmianę aktywności katalitycznej materiałów 1% Pt- CMK1@ZrO2 (Przykład 1) oraz materiałów 10%CuO- sC@ZrO2 i 10%Co3O4- sC@ZrO2 (Przykład 2) w funkcji temperatury przedstawiono na Fig. 3. Testy katalityczne przeprowadzono przy użyciu układu przepływowego wyposażonego w mikroreaktor kwarcowy w przepływie powietrza (100 mL/min, stężenie toluenu 1000 ppm). Do detekcji ilości substratów/produktów reakcji wykorzystano spektrometr masowy wyposażony w kwadrupolowy detektor mas. Eksperyment wykonano w zakresie temperatur 50-500°C, z ciągłym narostem 1°C/min dla próbki o masie 100 mg. Przed eksperymentem próbkę odgazowywano w przepływie gazu obojętnego (50 mL/min) w temperaturze 200°C przez 30 minut.
    Wyniki przeprowadzonego testu potwierdziły dużą aktywność katalityczną opracowanych materiałów. Całkowite utlenienie zaadsorbowanych par toluenu nastąpiło w temperaturze 210°C dla materiału 1% Pt-CMK1@ZrO2 oraz 400°C dla próbek zawierających CuO lub CO3O4 jako fazę aktywną. Tak niska temperatura utleniania toluenu połączona z wysoką pojemnością sorpcyjną rdzenia węglowego wskazuje na możliwość ich potencjalnego zastosowania jako dwufunkcyjnych materiałów w procesach adsorpcyjno-katalitycznej eliminacji lotnych związków organicznych.
    Zastrzeżenia patentowe
    1. Materiał kompozytowy w postaci cząstek stałych o budowie typu rdzeń-powłoka-faza aktywna, obejmujący rdzeń z materiału adsorpcyjnego, co najmniej jeden tlenek nieorganiczny oraz cząstki fazy aktywnej katalitycznie, znamienny tym, że
    - materiał adsorpcyjny stanowi porowaty węgiel,
    - tlenek nieorganiczny stanowiący powłokę rdzenia i nośnik fazy aktywnej katalitycznie stanowi tlenek cyrkonu,
    - faza aktywna katalitycznie złożona jest z nanocząstek lub ich aglomeratów na bazie metali lub tlenków metali wybranych z grupy obejmującej Pt, CO3O4, CuO.
  2. 2. Materiał kompozytowy według zastrz. 1 znamienny tym, że cząstki stałe są kuliste.
  3. 3. Materiał kompozytowy według zastrz. 1 znamienny tym, że rdzeń węglowy stanowi mezoporowaty materiał węglowy o powierzchni właściwej z zakresu 306-514 m2/g i objętości porów z zakresu 0,24 do 0,61 cm3/g.
  4. 4. Materiał kompozytowy według zastrz. 1 znamienny tym, że tlenek nieorganiczny jest porowaty.
  5. 5. Materiał kompozytowy według zastrz. 1 znamienny tym, że fazę aktywną katalitycznie stanowią metale lub ich tlenki naniesione na otoczkę tlenkową oraz sama powłoka.
  6. 6. Materiał kompozytowy według zastrzeżenia 1 znamienny tym, że nanocząstki fazy aktywnej katalitycznie są osadzone na powierzchni tlenku nieorganicznego bez kontaktu z rdzeniem węglowym.
    PL 240 269 B1
  7. 7. Sposób otrzymywania materiału kompozytowego określonego zastrzeżeniami 1-6 obejmujący następujące etapy:
    a) otrzymywanie porowatych cząstek węglowych,
    b) nanoszenie powłoki tlenkowej na rdzeń z porowatego materiału węglowego, c) osadzanie cząstek fazy aktywnej katalitycznie na powłoce tlenkowej.
  8. 8. Sposób otrzymywania materiału kompozytowego według zastrz. 7 znamienny tym, że etap
    a) przeprowadza się z wykorzystaniem odwzorowania sztywnych szablonów krzemionkowych, gdzie surowiec/prekursor węgla wprowadza się do matrycy krzemionkowej poprzez impregnację lub polimeryzację metodą in-situ.
  9. 9. Sposób otrzymywania materiału kompozytowego według zastrz. 8 znamienny tym, że prekursorem węgla są polimery uzyskane na drodze polimeryzacji in situ monomerów wybranych z grupy obejmującej alkohol furfurylowy, mieszaninę fenolu z formaldehydem, akrylonitryl.
  10. 10. Sposób otrzymywania materiału kompozytowego według zastrz. 8 znamienny tym, że prekursorem są cukry wybrane z grupy sacharoza, glukoza, ksyloza.
  11. 11. Sposób otrzymywania materiału kompozytowego według zastrz. 8 znamienny tym, że szablony krzemionkowe są na bazie żelu krzemionkowego lub mezoporowatych materiałów krzemionkowych typu SBA-15, SBA-16, MCM-41 i MCM-48 o sferycznym kształcie cząstek.
  12. 12. Sposób otrzymywania materiału kompozytowego według zastrz. 8 znamienny tym, że prekursor węgla wprowadza się do systemu porów sferycznego materiału krzemionkowego dla uzyskania kompozytu polimerowo-krzemionkowego, który następnie jest poddawany karbonizacji w temperaturze z zakresu 600-1000°C w atmosferze gazu obojętnego jakim jest argon, azot lub hel dla otrzymania materiału węglowo-krzemionkowego, a następnie krzemionka usuwana jest z kompozytu węglowego poprzez trawienie roztworem NaOH o stężeniu w zakresie od 1 do 5 M lub roztworem HF o stężeniu w zakresie 1-10% w temperaturze z zakresu od 25 do 90°C.
  13. 13. Sposób otrzymywania materiału kompozytowego według zastrz. 7 znamienny tym, że usuwanie krzemionki przeprowadza się przed lub po osadzeniu powłoki z tlenku nieorganicznego.
  14. 14. Sposób otrzymywania materiału kompozytowego według zastrz. 7 znamienny tym, że powłoka tlenkowa jest nanoszona w etapie b) poprzez hydrolizę i polikondensację alkoholanu metalu.
  15. 15. Sposób otrzymywania materiału kompozytowego według zastrz. 14 znamienny tym, że reakcję prowadzi się w roztworze alkoholu bezwodnego w obecności surfaktantu.
  16. 16. Sposób otrzymywania materiału kompozytowego według zastrz. 7 znamienny tym, że po etapie b) materiał jest suszony i karbonizowany w temperaturze z zakresu 600-1000°C w atmosferze gazu obojętnego w czasie od 1 do 48 h, podnosząc temperaturę z szybkością od 0,1 do 50°C/min.
  17. 17. Sposób otrzymywania materiału kompozytowego według zastrz. 7 znamienny tym, że nanocząstki fazy aktywnej katalitycznie w etapie c) nanosi się na warstwę tlenku nieorganicznego sposobem impregnacji z roztworu łatwo rozpuszczalnego związku wybranego metalu.
  18. 18. Zastosowanie materiału kompozytowego określonego zastrz. 1 do eliminacji lotnych związków organicznych na drodze adsorpcji w rdzeniu utworzonym z węgla porowatego i ich następczego katalitycznego utleniania poprzez fazę aktywną katalityczną obecną w powłoce.
  19. 19. Zastosowanie materiału kompozytowego według zastrz. 18 znamienne tym, że adsorpcja lotnych związków organicznych odbywa się w temperaturze w zakresie 20-100°C, a dopalanie katalityczne w temperaturze powyżej 150°C.
  20. 20. Zastosowanie materiału kompozytowego według zastrz. 18 znamienne tym, że lotne związki organiczne są wybrane z grupy węglowodorów alifatycznych i aromatycznych.
PL423615A 2017-11-27 2017-11-27 Materiał kompozytowy w postaci cząstek stałych o budowie typu rdzeń-powłoka-faza aktywna, sposób otrzymywania takiego materiału kompozytowego i jego zastosowanie PL240269B1 (pl)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL423615A PL240269B1 (pl) 2017-11-27 2017-11-27 Materiał kompozytowy w postaci cząstek stałych o budowie typu rdzeń-powłoka-faza aktywna, sposób otrzymywania takiego materiału kompozytowego i jego zastosowanie
DE102018129499.9A DE102018129499A1 (de) 2017-11-27 2018-11-22 Verbundmaterial in Form von Festpartikeln mit Kern-Hülle-Aktivphase-Struktur, Verfahren zum Erhalten von einem solchen Verbundmaterial und dessen Verwendung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL423615A PL240269B1 (pl) 2017-11-27 2017-11-27 Materiał kompozytowy w postaci cząstek stałych o budowie typu rdzeń-powłoka-faza aktywna, sposób otrzymywania takiego materiału kompozytowego i jego zastosowanie

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL423615A1 PL423615A1 (pl) 2019-06-03
PL240269B1 true PL240269B1 (pl) 2022-03-07

Family

ID=66442301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL423615A PL240269B1 (pl) 2017-11-27 2017-11-27 Materiał kompozytowy w postaci cząstek stałych o budowie typu rdzeń-powłoka-faza aktywna, sposób otrzymywania takiego materiału kompozytowego i jego zastosowanie

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102018129499A1 (pl)
PL (1) PL240269B1 (pl)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI733200B (zh) * 2019-09-27 2021-07-11 財團法人工業技術研究院 觸媒與其形成方法及去除揮發性有機化合物的方法
CN112958110B (zh) * 2021-02-26 2022-09-06 上海大学材料基因组工程(萍乡)研究院 一种分步活化法制备高效voc催化剂的方法
CN114933324B (zh) * 2022-06-06 2023-09-26 天目湖先进储能技术研究院有限公司 一种Ce2O2S@C核壳纳米结构复合材料
CN115672270A (zh) * 2022-10-21 2023-02-03 爱科美材料科技(南通)有限公司 一种用于油水分离的多孔碳纳米二氧化锰复合材料的制备方法
CN115722229B (zh) * 2022-11-04 2024-02-06 中国科学技术大学苏州高等研究院 一种双金属氧化物纳米材料及其制备方法与应用
CN116037110A (zh) * 2023-02-13 2023-05-02 珠海格力电器股份有限公司 锰氧化物负载铂催化剂制备方法及催化剂

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2009263401A1 (en) 2008-06-23 2009-12-30 Jgc Corporation Method and combustion catalyst for purifying carbon dioxide off-gas, and method for producing natural gas
CN103480369B (zh) 2012-06-13 2015-05-20 中国石油天然气股份有限公司 一种铂纳米复合催化剂及其制备和应用
WO2015027031A1 (en) 2013-08-23 2015-02-26 Basf Corporation Catalysts for oxidation of carbon monoxide and/or volatile organic compounds
EP3212325B1 (en) 2014-10-30 2020-05-20 BASF Corporation Use of a verbase metal catalyst for treatment of ozone and volatile organic compounds present in air supply

Also Published As

Publication number Publication date
PL423615A1 (pl) 2019-06-03
DE102018129499A1 (de) 2019-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
PL240269B1 (pl) Materiał kompozytowy w postaci cząstek stałych o budowie typu rdzeń-powłoka-faza aktywna, sposób otrzymywania takiego materiału kompozytowego i jego zastosowanie
Wang et al. Ru/hierarchical HZSM-5 zeolite as efficient bi-functional adsorbent/catalyst for bulky aromatic VOCs elimination
Sakwa‐Novak et al. Poly (ethylenimine)‐functionalized monolithic alumina honeycomb adsorbents for CO2 capture from air
Li et al. Hydrothermal stability of mesostructured cellular silica foams
Song et al. Mesoporous Co3O4 with controlled porosity: inverse micelle synthesis and high-performance catalytic CO oxidation at− 60° C
Muylaert et al. Ordered mesoporous phenolic resins: Highly versatile and ultra stable support materials
Valle-Vigón et al. Sulfonated mesoporous silica–carbon composites and their use as solid acid catalysts
Minju et al. Amine impregnated porous silica gel sorbents synthesized from water–glass precursors for CO2 capturing
KR101396374B1 (ko) 메조다공성 탄소상에 지지된 탄화텅스텐 촉매, 이의 제조방법 및 그의 용도
Caruso et al. Silica films with bimodal pore structure prepared by using membranes as templates and amphiphiles as porogens
Ahmad et al. Adsorptive removal of resorcinol on a novel ordered mesoporous carbon (OMC) employing COK-19 silica scaffold: kinetics and equilibrium study
Chen et al. Nanofiber-like mesoporous alumina supported palladium nanoparticles as a highly active catalyst for base-free oxidation of benzyl alcohol
Li et al. Preparation of monolithic carbon aerogels and investigation of their pore interconnectivity by a nanocasting pathway
Li et al. New solid-base Cu–MgO for CO2 capture at 473 K and removal of nitrosamine
Zeng et al. High-performance CO 2 capture on amine-functionalized hierarchically porous silica nanoparticles prepared by a simple template-free method
Peng et al. Synthesis of core–shell structured TS-1@ mesocarbon materials and their applications as a tandem catalyst
JP2009155178A (ja) 微粒子複合体およびその製造方法、並びに該複合体を含有する触媒
Wang et al. Low temperature combustion of VOCs with enhanced catalytic activity over MnO2 nanotubes loaded with Pt and Ni–Fe spinel
KR100766748B1 (ko) 구형의 탄소/실리카 나노복합체를 지지체로 하는촉매복합체의 제조방법
Simaioforidou et al. Surface chemical modification of macroporous and mesoporous carbon materials: Effect on their textural and catalytic properties
Hermida Synthesis and characterization of mesostructured cellular foam (MCF) silica loaded with nickel nanoparticles as a novel catalyst
US9908102B2 (en) Hierarchical porous monoliths and methods for their preparation and use
Abdouss et al. Effect of the structure of the support and the aminosilane type on the adsorption of H 2 S from model gas
Wang et al. Synthesis of morphology-controllable mesoporous Co3O4 and CeO2
US8334014B1 (en) Microparticles with hierarchical porosity