氮化硼镀膜金属网气相催化或净化方法

文档序号:4931392
专利名称:氮化硼镀膜金属网气相催化或净化方法
技术领域
本发明涉及一种氮化硼镀膜金属网气体催化或净化的方法,具体地说是一种用镀有氮化硼镀膜的金属网、金属片来代替铂、铑、钯等贵金属对气体进行催化或净化的方法。
目前铂、铑、钯及其化合物作为催化剂在化工、化肥、石油裂解等方面应用的比较普遍,在使用中存在的主要不足是成本太高,由于催化材料本身价格的昂贵,所以使用范围受到限制。
氮化硼陶瓷薄膜BN是近几年开始研究的一种陶瓷薄膜材料。对它的研究是继人造金刚石薄膜之后人们主要关注的另一种超硬材料。主要应用在机械的耐磨部件上,如轴承、发动机的汽缸体、活塞及活塞环的表面耐磨处理。
以往人们只关心BN的机械性能方面的研究及BN在电子领域内可能产生的影响。如我们在95117566.1号及97244949.3号专利申请文件中所公开“金属陶瓷复合薄膜发动机”及“有耐磨催化膜的节能发动机”。我们在研制氮化硼陶瓷薄膜发动机过程中,使用了陶瓷薄膜BN,在研制中发现氮化硼陶瓷薄膜BN具有很强的化学催化功能,并进一步研究了氮化硼陶瓷薄膜BN的结构和晶体状态等方面的问题,发现了无机物氮化硼(BN)这种新型陶瓷催化材料以较低的生产成本来代替贵金属催化剂在化工和汽车发动机排放废气的净化上应用。
氮化硼陶瓷薄膜BN有三种异构体h-BN、c-BN、w-BN,从氮化硼陶瓷薄膜BN的相图及晶体结构我们可知氮化硼陶瓷薄膜BN是有网状结构,插层化合物。使氮化硼陶瓷薄膜BN的内表面具有选择性的收附作用,是氮化硼陶瓷薄膜BN产生催化效应的原因。
氮化硼陶瓷薄膜BN具有催化效果,是因氮化硼陶瓷薄膜BN的三种异构体的网状结构内能够存贮氧,因而氮化硼陶瓷薄膜BN具有固体酸催化剂的性质。从元素周期表位置看,硼元素B是非金属又是半导体材料,它还应具备半导体催化剂的某些特点。
中国汽车检测中心对镀膜件和非镀膜件对汽车排放废气中有害气体净化作用的检测数据对比如下
催化净化反应机理是当反应中氧气过剩时,氧气分子在氮化硼陶瓷薄膜上被催化激活以单原子氧的形式进入网状体内贮存,反应中可燃气体浓度增大需要氧时,氧原子从网状体内溢出,提高了氧气的浓度,加快了反应速度,从而调整反应中的平衡
象这种具有网状结构的无机材料莹石(主要成份是CaF)就是一种通用催化剂,广泛应于有机反应中。不同的是氮化硼陶瓷薄膜BN要制成纳米级时,氮化硼陶瓷薄膜的化学特性才明显起来。
我们在研究了氮化硼陶瓷薄膜BN结构和它在化学元素周期表中的位置,可以推断氮化硼陶瓷薄膜BN的催化作用可在以下领域内应用1.烷基化反应烯烃,氮代烷烃,醇;2.聚合反应烯烃及二烯烃,苯二稀和异戊二烯,丁二烯、二甲基丁二烯等、乙烯基醚及酯、不饱和酸及酯、萜烯及其衍生物、不饱和酸及酯、萜烯及其衍生物;3.酯化反应苦香族化合物,脂肪族化合物。
4.异构化反应异构烷烃的岐化、饱和烃及不饱和烃的异构化、烷基苯的异构和烃岐化、稀烃的顺一反异构化、贝克曼重排、联苯胺重排;5.其它硝化、磺化、卤化一氧化碳加成及裂化。
氮化硼陶瓷薄膜BN的工作温度在1000℃以上,它又是工程陶瓷,化学性能稳定,对高温、酸、碱有较强适应性,使很多贵金属催化剂望尘莫及。它价格低廉,是贵金属价格的千分之一。随着对氮化硼陶瓷薄膜BN催化新材料的研究,氮化硼陶瓷薄膜BN在今后大化工、大化肥、石油裂化等多种领域都将成为贵金属催化材料的替代产品。
本发明的氮化硼镀膜金属网气相催化或净化方法,是用镀有氮化硼薄膜的金属丝或金属片作为催化净化材料代替贵金属铂、铑、钯催化净化材料,用其编织或插接组成网状气相催化净化器,让反应气体或发动机排除的废气通过该催化净化器进行化学反应,或发动机排出废气的净化。
氮化硼镀膜金属网气相催化或净化方法,包括将镀有氮化硼薄膜的金属丝代替贵金属铂、铑、钯催化净化材料,用其编织在金属管中组成网状气相催化净化器对气体进行催化或净化。
氮化硼镀膜金属网气相催化或净化方法,包括用镀有氮化硼薄膜的金属片作为催化净化材料代替贵金属铂、铑、钯催化净化材料,用其插接在金属管中组成网状气相催化净化器对气体进行催化或净化。
氮化硼镀膜金属网气相催化或净化方法,包括用镀有氮化硼薄膜的金属丝或金属片作为催化净化材料代替贵金属铂、铑、钯催化净化材料,用其无规则地排列在金属管中组成气相催化净化器对气体进行催化或净化。
实施例氮化硼陶瓷薄膜BN的最新的制膜技术是等离子体化学气极沉积简称PCVD技术,它是借助于非平衡状态下等离子体,使含有薄膜组成原子的气态物质发生化学反应而在金属基体上沉积薄膜的一种方法。特别适合于功能材料薄膜和化合物膜的合成。
通常将气态物质经化学反应生成固态物质并沉积在金属基体上的化学过程称为化学气相沉积。反应通式为
按激活反应体系所采用的能量方式不同,可分为热CVD、PCVD、光CVD和激光CVD等。
PCVD技术的基本特征
PCVD技术是通过反应气体放电来制备薄膜,这从根本上改变了反应体系的能量供给方式,有效地利用非平衡等离子体的反应特征。
我们知道,当气压为10-2~102Pa时,Te>>T即电子温度要比气体温度约高1~2个数量级。这种热力学非平衡状态正适合于薄膜技术。当气体温度是数100-500K或更高时,气体分子的能量状态不是很高,薄膜沉积过程所需的分解电离等基本反应似乎不致发生。但同时由于等离子体中的电子温度高达104K,有足够的能量通过碰撞过程使气体分子激发分解和电离。结果是产生了大量反应活性物种而整个反应体系却仍保持较低温度。原本在热力学平衡状态下,需要相当高温度才能发生的化学反应,若利用非平衡等离子体便可在低得多的条件下实现。
工艺过程原料气B2H6、N2、H2(以H2气体载气稀释到B2H60.1%)。
先将反应器抽真空至1.3×10-1Pa以下,然后至于原料气,气压1.3×101~1.3×102Pa范围,电流10-2(A),电压102-103(V)异常辉光放电,放电功率150W,一般控制在100-1um/min量级,薄膜厚度不超过5μm。
具体实施发动机废气净化器的制作用金属网40#-200#,材质铁、钢、合金都可以,在金属网上用PCVD技术沉积1-10微米的氮化硼陶瓷薄膜,再将金属网冲、剪成型,固定在发动机的排气口处或排气管中即可使用。
该净化器抗震动、抗高温、抗氧化、抗老化、成本低,是目前代替贵金属及稀土净化器的首选催化器。
本发明的氮化硼镀膜金属网气相催化或净化方法和现有技术相比,具有生产及使用成本低,使用寿命长,净化效果和贵金属型、稀土型净化器一样,符合国家环保标准,因而,具有很好的推广使用价值。
权利要求
1.氮化硼镀膜金属网气相催化或净化方法,其特征在于用镀有氮化硼薄膜的金属丝或金属片作为催化净化材料代替贵金属铂、铑、钯催化净化材料,用其编织或插接组成网状气相催化净化器,让反应气体或发动机排除的废气通过该催化净化器进行化学反应,或发动机排出废气的净化。
2.根据权利要求1所述的用氮化硼镀膜金属网对气体催化或净化的方法,其特征在于将镀有氮化硼薄膜的金属丝代替贵金属铂、铑、钯催化净化材料,用其编织在金属管中组成网状气相催化净化器对气体进行催化或净化。
3.根据权利要求1所述的用氮化硼镀膜金属网对气体催化或净化的方法,其特征在于镀有氮化硼薄膜的金属片作为催化净化材料代替贵金属铂、铑、钯催化净化材料,用其插接在金属管中组成网状气相催化净化器对气体进行催化或净化。
4.根据权利要求1所述的用氮化硼镀膜金属网对气体催化或净化的方法,其特征在于将镀有氮化硼薄膜的金属丝或金属片作为催化净化材料代替贵金属铂、铑、钯催化净化材料,用其无规则地排列在金属管中组成气相催化净化器对气体进行催化或净化。
全文摘要
本发明提供一种氮化硼镀膜金属网气相催化或净化方法,是用镀有氮化硼薄膜的金属丝或金属片作为催化净化材料代替贵金属铂、铑、钯催化净化材料,用其编织或插接组成网状气相催化净化器,让反应气体或发动机排除的废气通过该催化净化器进行化学反应,或发动机排出废气的净化。本发明的氮化硼镀膜金属网气相催化或净化方法和现有技术相比,具有成本低,使用寿命长,催化净化功率高可完全替代贵金属类催化剂等特点,因而,具有很好的推广使用价值。
文档编号B01J37/00GK1238241SQ9811027
公开日1999年12月15日 申请日期1998年6月9日 优先权日1998年6月9日
发明者郑鲁生 申请人:郑鲁生
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