專利名稱：：一種用于降低卷煙煙氣co含量的鐵鋁催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及煙草領(lǐng)域，尤其涉及巻煙減害降焦技術(shù)，具體地講是一種用于降低巻煙煙氣CO含量的鐵鋁催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著消費(fèi)者對(duì)健康的日益關(guān)注，降低巻煙煙氣中CO含量成為巻煙減害降焦的重要研究?jī)?nèi)容。因此研究降低巻煙煙氣中co含量技術(shù)具有重要的意義。研究表明，貴金屬如Pt、Pd能有效降低CO氧化活化能，實(shí)現(xiàn)催化目的。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)貴金屬、非貴金屬及其組合物用于降低巻煙煙氣中CO含量進(jìn)行了研究。如Pt-Mn02(日本專利59/029036)、Pt_Cu(日本專利60/224483)，Pd-Cu-V的催化材料(美國(guó)專利4845065)，以及由Au、Pt等貴金屬和Fe、Cu、Zn等非貴金屬共同組成的多相催化劑(CN1460548A)。上述催化劑一般涉及使用貴金屬，價(jià)格昂貴，不利于在工業(yè)生產(chǎn)中推廣。非貴金屬鐵及其氧化物是催化氧化CO的重要催化劑。P.Li等(P.Li，D.E.Miser，S.Rabiei，etal.，Appli.Catal.B，2003，43，151.)對(duì)納米級(jí)的Fe203及其前驅(qū)物(FeOOH)催化氧化CO的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在高溫條件下Fe203既可以作為催化劑，還可以在無(wú)氧或少氧條件下作為氧化劑。巻煙燃燒及煙氣輸送是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，催化劑添加至煙絲中存在諸多降低催化效果的因素，如催化劑中毒，煙氣中揮發(fā)性成分與CO爭(zhēng)奪活性位點(diǎn)的吸附，焦油堵塞或覆蓋催化劑表面等。將鐵氧體直接添加至巻煙煙絲中，其降低CO的效果并不明顯。因此將催化活性成分負(fù)載在一定的載體上是提高催化劑在巻煙中催化效果的重要途徑。Fe203/Al203的制備方法有浸漬法、溶膠凝膠法、共沉淀法等。不同方法制備的6203/^1203會(huì)影響？6203的分布狀態(tài)及催化效果。呂功煊等(呂功煊，聶聰，趙明月等，中國(guó)煙草學(xué)報(bào)，2003，9(3)，18.)的研究表明共沉淀法制備的樣品催化效果較好。但？63+、八13+和堿性沉淀劑同時(shí)加入共沉淀制備的催化劑添加至巻煙中降低主流煙氣CO的效果并不理術(shù)巨
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題而提出的一種用于降低巻煙煙氣CO含量的鐵鋁催化劑及其制備方法，通過(guò)改進(jìn)的共沉淀法制備用于降低巻煙主流煙氣CO的催化劑。調(diào)整Al3+、Fe3+加入的順序，改變催化劑最終產(chǎn)物中氧化鐵的存在狀態(tài)，提高鐵氧體在復(fù)雜體系(如巻煙煙氣)中催化氧化CO的效率，從而達(dá)到有效降低巻煙主流煙氣中CO釋放量的目的。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的降低巻煙主流煙氣中CO含量的催化劑，它是一種氧化鋁負(fù)載鐵氧體的鐵鋁催化劑，其中鐵/鋁摩爾比范圍為0.0625-1，鐵氧體在載體上呈納米級(jí)分布。3在本發(fā)明中，鐵/鋁摩爾比的最佳范圍為0.188-0.618。鐵氧體為Fe203、Fe304中的一種或其混合物；鐵氧體的粒徑在l-40nm。本發(fā)明的催化劑粒度為50-150目。本發(fā)明催化劑的制備方法是將鋁可溶性鹽與過(guò)量沉淀劑混合反應(yīng)2-15min后，快速加入鐵可溶性鹽，攪拌條件下反應(yīng)0.5-2h后，靜置，過(guò)濾，洗滌，干燥，在400-100(TC焙燒4-8h，冷卻至室溫，后粉碎至50-150目，即為添加劑成品。所述鋁可溶性鹽為鋁的硝酸鹽、硫酸鹽或卣化物。所述鐵可溶性鹽為鐵的硝酸鹽、硫酸鹽或鹵化物，鐵可溶性鹽的加入方式為快速傾入，因?yàn)镕e3+的加入方式?jīng)Q定了Fe(0H)3的生成速度及與A1(0H)3的混合程度，對(duì)催化劑的催化效果具有重要的影響。所述沉淀劑為氨水、KOH或NaOH。催化劑的制備過(guò)程為過(guò)量沉淀劑和Al3+混合生成Al(0H)3，隔一定時(shí)間后加入適量的Fe3+生成絮狀沉淀，然后經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥和焙燒后制得催化劑。所說(shuō)的生成Al(OH)3為0.02-0.08M的Al3+與過(guò)量的沉淀劑混合，5(TC水浴條件下快速攪拌。其中沉淀劑的量略大于使Al3+和Fe3+完全沉淀所需的量，pH保持8-10。所說(shuō)的Fe3+的加入是在Al(OH)3生成2-15min后，快速加入含有Fe3+的水溶液，并在5(TC水浴、快速攪拌條件下反應(yīng)0.5-2h。其中Fe37Al3+應(yīng)控制在一定范圍，一般為摩爾比0.0625-1。本發(fā)明所說(shuō)的鐵鋁催化劑為煙絲添加劑，以干法添加，添加量為煙絲重量的0.77-7.7%;添加了本發(fā)明鐵鋁催化劑的巻煙可以降低主流煙氣中16-21X的C0，高于共沉淀法制備催化劑降低巻煙主流煙氣10-17%CO的水平。本發(fā)明通過(guò)調(diào)整A13+和Fe3+的加入順序和Fe3+快速加入的方式能有效調(diào)控Fe203在A1203上的分布，用該法制備的鐵鋁催化劑具有以下特點(diǎn)(l)Fe3+與沉淀劑反應(yīng)在Al(OH)3表面迅速形成Fe(OH)3，減少了共沉淀引起的Al3+在Fe(OH)3中的摻雜，最終鐵鋁催化劑中Fe203摻雜較少；(2)有效提高降低巻煙主流煙氣CO的效果。具體實(shí)施方式實(shí)施例1稱取1.3757g的A1C136H20和0.2897g的FeCl36H20分別溶于100ml、50ml水中，將AlCl3水溶液轉(zhuǎn)移至250ml圓底燒瓶中，5(TC水浴條件下緩慢攪拌10min，快速攪拌條件下，逐滴加入7mlK0H(lX10—4M)，8min后快速加入50mlFeCl3水溶液。5(TC水浴條件下反應(yīng)0.5h。將制備的沉淀物轉(zhuǎn)移至250ml錐形瓶中，靜置過(guò)夜，離心濃縮至50ml。濃縮沉淀物在10(TC烘箱中干燥過(guò)夜，得到塊狀固體，研細(xì)過(guò)80目篩后，在馬弗爐中90(TC條件下高溫處理5h即為鐵/鋁摩爾比0.188的鐵鋁催化劑。實(shí)施例2稱取2.1376g的Al(N03)39H20和0.8636g的Fe(N03)39H20分別溶于100ml、50ml水中，將Al(N03)3水溶液轉(zhuǎn)移至250ml圓底燒瓶中，5(TC水浴條件下緩慢攪拌lOmin，快速攪拌條件下，逐滴加入7ml氨水(25%，wt)，8min后快速加入50mlFe(N0》3水溶液。5(TC水浴條件下反應(yīng)0.5h。4將制備的沉淀物轉(zhuǎn)移至250ml錐形瓶中，靜置過(guò)夜，離心濃縮至50ml。濃縮沉淀物在IO(TC烘箱中干燥過(guò)夜，得到塊狀固體，研細(xì)過(guò)80目篩后，在馬弗爐中80(TC條件下高溫處理5h即為鐵/鋁摩爾比0.375的鐵鋁催化劑。實(shí)施例3稱取1.9000g的Al2(S04)318H20和0.7046g的Fe2(S04)36H20分別溶于100ml、50ml水中，將A1JS0》3水溶液轉(zhuǎn)移至250ml圓底燒瓶中，5(TC水浴條件下緩慢攪拌lOmin，快速攪拌條件下，逐滴加入7mlNaOH(1.5X10—4M)，8min后快速加入50mlFe2(S04)3水溶液。5(TC水浴條件下反應(yīng)0.5h。將制備的沉淀物轉(zhuǎn)移至250ml錐形瓶中，靜置過(guò)夜，離心濃縮至50ml。濃縮沉淀物在IO(TC烘箱中干燥過(guò)夜，得到塊狀固體，研細(xì)過(guò)80目篩后，在馬弗爐中70(TC條件下高溫處理5h即為鐵/鋁摩爾比0.618的鐵鋁催化劑。應(yīng)用實(shí)例1試驗(yàn)煙絲在(22±2)t:、相對(duì)濕度(60±5)%條件下平衡24h后，將一定量鐵/鋁摩爾比0.188的鐵鋁催化劑均勻撒在巻煙煙絲上(添加量為煙絲重量的2%)，巻制成0.850±0.020g的巻煙。用略多的試驗(yàn)煙絲按照上述流程巻制O.850±0.020g的對(duì)照巻煙。按照GB/T5606.5-2005《巻煙主流煙氣》進(jìn)行主流煙氣中CO含量的測(cè)試。結(jié)果見(jiàn)表1。表1試樣巻煙檢測(cè)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>應(yīng)用實(shí)例2試驗(yàn)煙絲在(22±2)t:、相對(duì)濕度(60±5)%條件下平衡24h后，將一定量鐵/鋁摩爾比0.375的鐵鋁催化劑均勻撒在巻煙煙絲上(添加量為煙絲重量的2.3%)，巻制成0.850±0.020g的巻煙。用略多的試驗(yàn)煙絲按照上述流程巻制O.850±0.020g的對(duì)照巻煙。按照GB/T5606.5-2005《巻煙主流煙氣》進(jìn)行主流煙氣中CO含量的測(cè)試。結(jié)果見(jiàn)表2。表2試樣巻煙檢測(cè)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求一種用于降低卷煙煙氣CO含量的鐵鋁催化劑，其特征在于該催化劑是一種氧化鋁負(fù)載鐵氧體的鐵鋁催化劑，其中鐵/鋁摩爾比范圍為0.0625-1，鐵氧體在載體上呈納米級(jí)分布。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低巻煙主流煙氣中CO含量的鐵鋁催化劑，其特征在于鐵/鋁摩爾比的最佳范圍為0.188-0.618。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低巻煙主流煙氣中CO含量的鐵鋁催化劑，其特征在于鐵氧體為Fe203、Fe304中的一種或其混合物，鐵氧體的粒徑在l_40nm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低巻煙主流煙氣中CO含量的鐵鋁催化劑，其特征在于催化劑粒度為50-150目。5.—種權(quán)利要求1所述的鐵鋁催化劑的制備方法，其特征在于將鋁可溶性鹽與過(guò)量沉淀劑混合反應(yīng)2-15min后，快速加入鐵可溶性鹽，攪拌條件下反應(yīng)0.5_2h后，靜置，過(guò)濾，洗滌，干燥，在400-100(TC焙燒4-8h，冷卻至室溫，后粉碎至50-150目，即為催化劑成品。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵鋁催化劑的制備方法，其特征在于鋁可溶性鹽為鋁的硝酸鹽、硫酸鹽或卣化物。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵鋁催化劑的制備方法，其特征在于鐵可溶性鹽為鐵的硝酸鹽、硫酸鹽或卣化物。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵鋁催化劑的制備方法，其特征在于沉淀劑為氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵鋁催化劑的制備方法，其特征在于鐵可溶性鹽的加入方式為快速傾入。10.—種權(quán)利要求1所述的鐵鋁催化劑的應(yīng)用，其特征在于采用干法方式將鐵鋁催化劑添加到巻煙煙絲中，添加量為煙絲重量的0.77-7.7%。全文摘要一種用于降低卷煙煙氣CO含量的鐵鋁催化劑及其制備方法，該催化劑是一種氧化鋁負(fù)載鐵氧體的鐵鋁催化劑，其中鐵/鋁摩爾比范圍為0.0625-1，鐵氧體在載體上呈納米級(jí)分布。其制備方法是將鋁可溶性鹽與過(guò)量沉淀劑混合反應(yīng)2-15min后，快速加入鐵可溶性鹽，攪拌條件下反應(yīng)0.5-2h后，靜置，過(guò)濾，洗滌，干燥，在400-1000℃焙燒4-8h，冷卻至室溫，后粉碎至50-150目，即為催化劑成品。本發(fā)明通過(guò)調(diào)整Al3+和Fe3+的加入順序和Fe3+快速加入的方式能有效調(diào)控Fe2O3在Al2O3上的分布，使得Fe3+與沉淀劑反應(yīng)在Al(OH)3表面迅速形成Fe(OH)3，減少了共沉淀引起的Al3+在Fe(OH)3中的摻雜，最終鐵鋁催化劑中Fe2O3摻雜較少；可有效降低卷煙主流煙氣CO的含量。文檔編號(hào)B01J23/745GK101695659SQ200910066228公開(kāi)日2010年4月21日申請(qǐng)日期2009年10月23日優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日發(fā)明者宋瑜冰,宗永立,屈展,李鵬,楊春強(qiáng)申請(qǐng)人:中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院;