用于去除氮氧化物的電極組成、裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于去除氮氧化物的電極組成、裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮氧化物(NOx，包括一氧化氮及/或二氧化氮)是環(huán)境中不需要的物質(zhì)，需要被去除以減少向環(huán)境排放的量。一些去除氮氧化物的電化學(xué)方法已經(jīng)被設(shè)計(jì)出來。但是，現(xiàn)有的電極組成、裝置和方法還需要提高。
[0003]所以，需要提供新的用于去除氮氧化物的電極組成、裝置和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種新的用于去除氮氧化物的電極組成、裝置和方法。
[0005]—方面，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于去除氮氧化物的電極組成，其包括:催化材料和吸附材料，其中，吸附材料為化學(xué)式為AaBbO3 δ的鈣鈦礦材料，其中0.9〈a ^ 1.2 ；0.9<b ( 1.2 ；-0.5〈 δ〈0.5 ;A包括第一元素和可選的第二元素，第一元素從鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)及其任意組合中選取，第二元素從釔(Y)、鉍(Bi)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)、及其任意組合中選?。灰约?，B從銀(Ag)、金(Au)、鎘(Cd)、鈰(Ce)、鈷(Co)、絡(luò)(Cr)、銅(Cu)、鏑(Dy)、鉺(Er)、銪(Eu)、鐵(Fe)、鎵(Ga)、釓(Gd)、給(Hf)、鈥(Ho)、銦(In)、銥(Ir)、鑭(La)、镥(Lu)、錳(Mn)、鉬(Mo)、鈮(Nb)、釹(Nd)、鎳(Ni)、鋨(Os)、鈀(Pd)、钷(Pm)、鐠(Pr)、鉑(Pt)、錸(Re)、銠(Rh)、釕(Ru)、銻(Sb)、鈧(Sc)、釤(Sm)、錫(Sn)、鉭(Ta)、鋱(Tb)、锝(Tc)、鈦(Ti)、銩(Tm)、釩(V)、鎢(W)、.乙(Y)、鐿(Yb)、鋅(Zn)、鋯(Zr)、及其任意組合中選取。
[0006]另一方面，本發(fā)明的實(shí)施例涉一種用于去除氮氧化物的裝置，其包括:氣源，用于提供含有氮氧化物的氣流；及設(shè)備，其與氣源流體相通并包括:第一電極；與之相對(duì)的第二電極，其包括本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的用于去除氮氧化物的電極組成；位于第一、第二電極間的電解質(zhì)；和用于向第一、第二電極提供電流以去除氮氧化物的電源。
[0007]再一方面，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于去除氮氧化物的方法，包括:將含氮氧化物的氣流與設(shè)備接觸，所述設(shè)備包括:第一電極，與之相對(duì)的第二電極，位于第一、第二電極之間的電解質(zhì)，和電源，其中第二電極包括本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的用于去除氮氧化物的電極組成；及，從所述電源向所述第一和第二電極提供電流以去除氮氧化物。
【附圖說明】
[0008]參考附圖閱讀下面的詳細(xì)描述，可以幫助理解本發(fā)明的特征、方面及優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0009]圖1-4是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的裝置的剖面示意圖。
[0010]圖5所示為不同溫度時(shí)分別裝有BaZraiCea7Ya2O3粉末和碳黑的熱重分析儀的排出氣流中一氧化氮信號(hào)強(qiáng)度(任意單位)。[0011 ] 圖6-7所示為不同溫度時(shí)分別裝有Ba。.5Sr0.4K0.fo。.8Fe0.203粉末以及碳黑與Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.203粉末、Ba 0.sSra 4K0 Aoa8Fea2O3粉末或 Ba 0.9K0.^r0 3Ce0.5Co0.!Y0.工O3粉末白勺混合物的熱重分析儀的排出氣流中一氧化氮信號(hào)強(qiáng)度(任意單位)。
[0012]圖8 所不為具有 Laa6Sra4Nia3Mnc1.^7O3-Zra89ScaiCeao12 )!陰極層、La。.^Sr0.4Ni0.3Mn0.7O3-Zra89Sca !Ceao12 x_BaZr0 !Ce0.7Y0.2〇3 陰極層以及 Zr 0.sgSc。.!Ceao12 x_BaZr0 !Ce0.7Y0.203 陰極層的反應(yīng)器在600°C不同電流時(shí)對(duì)氣流(200毫升/分鐘，含有20ppm —氧化氮的氦氣)中一氧化氮的轉(zhuǎn)化百分比。
[0013]圖9 所不為具有 Laa6Sra4Nia3Mnc1.^7O3-Zra89ScaiCeao12 )!陰極層、La。.^Sr0.4Ni0.3Mn0.7O3-Zra89Sca !Ceao12 x_BaZr0 !Ce0.7Y0.2〇3 陰極層以及 Zr 0.sgSc。.!Ceao12 x_BaZr0 !Ce0.7Y0.203 陰極層的反應(yīng)器在600°C不同電流時(shí)對(duì)氣流(200毫升/分鐘，含有20ppm —氧化氮和2000ppm氧氣的氦氣)中一氧化氮的轉(zhuǎn)化百分比。
【具體實(shí)施方式】
[0014]除非本發(fā)明中清楚另行定義，用到的科學(xué)和技術(shù)術(shù)語的含義為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所通常理解的含義。本發(fā)明中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來彼此區(qū)分。本發(fā)明中使用的“包括”、“包含”、“具有”、或“含有”以及類似的詞語是指除了列于其后的項(xiàng)目及其等同物外，其他的項(xiàng)目也可在范圍以內(nèi)。
[0015]本發(fā)明中的近似用語用來修飾數(shù)量，表示本發(fā)明并不限定于所述具體數(shù)量，還包括與所述數(shù)量接近的、可接受的、不會(huì)導(dǎo)致相關(guān)基本功能的改變的修正的部分。相應(yīng)的，用“大約”、“約”等修飾一個(gè)數(shù)值，意為本發(fā)明不限于所述精確數(shù)值。在某些實(shí)施例中，近似用語可能對(duì)應(yīng)于測(cè)量數(shù)值的儀器的精度。本發(fā)明中的數(shù)值范圍可以合并及/或互換，除非另行清楚說明，數(shù)值范圍包括其所涵蓋的所有數(shù)值子范圍。
[0016]在說明書和權(quán)利要求中，除非清楚地另外指出，所有項(xiàng)目的單復(fù)數(shù)不加以限制。除非上下文另外清楚地說明，術(shù)語“或”、“或者”并不意味著排他，而是指存在提及項(xiàng)目(例如成分)中的至少一個(gè)，并且包括提及項(xiàng)目的組合可以存在的情況。
[0017]本發(fā)明說明書中提及“一些實(shí)施例”等等，表示所述與本發(fā)明相關(guān)的一種特定要素(例如特征、結(jié)構(gòu)和/或特點(diǎn))被包含在本說明書所述的至少一個(gè)實(shí)施例中，可能或不可能出現(xiàn)于其他實(shí)施例中。另外，需要理解的是，所述發(fā)明要素可以任何適合的方式結(jié)合。
[0018]本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于去除氮氧化物的電極組成、裝置和方法。
[0019]本發(fā)明所稱“氮氧化物”或類似用語是指分子中包含氮和氧的氣體，例如一氧化氮、二氧化氮、或其組合。
[0020]請(qǐng)參圖1、2、3和4，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于去除氮氧化物的裝置10，20，30，40包括用于提供包含氮氧化物的氣流12，22，32，42的氣源11，21，31，41，以及與所述氣源11，21，31，41 流體相通的設(shè)備 100，200，300，400。
[0021]包含氮氧化物的氣流12，22，32，42可來自各種各樣的氣源11，21，31，41。一些實(shí)施例中，所述氣源11，21，31，41為來自燃?xì)廨啓C(jī)，內(nèi)燃機(jī)或燃燒裝置的廢氣。一些實(shí)施例中，氣源11，21，31，41包括氣流12，22，32，42通過的管道、渠道、或通道。一些實(shí)施例中，氣流12，22，32，42除了包含氮氧化物以外，還含有其它氣體，例如氧氣。
[0022]一些實(shí)施例中，設(shè)備100，200，300，400包括第一電極101，201，301，401，與之相對(duì)的第二電極 102，202，302，402，第一電極 101，201，301，401 與第二電極 102，202，302，402間的電解質(zhì)103，203，303，403，及用于向第一電極101，201，301，401和第二電極102,202,302，402提供電流以去除氮氧化物的電源104，204，304，404。一些實(shí)施例中，所述電源104，204，304，404包括用于控制所述電流的控制器114，214，314，414。
[0023]—些實(shí)施例中，電流施加前，氮氧化物即可在設(shè)備100，200，300，400直接分解。當(dāng)含有氮氧化物的氣流12，22，32，42與設(shè)備接觸，氮氧化物在第二電極102，202，302，402通過如NO = 1/2隊(duì)+1/202等反應(yīng)被去除。
[0024]但是，如后述實(shí)驗(yàn)示例所示，施加電流后，除了上述氮氧化物的直接分解外，氮氧化物也在第二電極102，202，302，402中發(fā)生如后述電化學(xué)反應(yīng):N0+2e — 1/2Ν2+02。由此產(chǎn)生的氧離子從第二電極102，202，302，402穿過電解質(zhì)進(jìn)入第一電極101，201，301，401以被氧化成氧氣:02 -2e — 1/202。所述設(shè)備中的總反應(yīng)為:N0 = 1/2Ν2+1/202。氮氧化物去除率得到了提高。
[0025]氮氧化物的去除可在任何適宜的溫度進(jìn)行。一些實(shí)施例中，提供電流時(shí)的溫度范圍在大約300攝氏度至大約1000攝氏度。
[0026]電流可為任何施加后氮氧化物的轉(zhuǎn)化率高于沒加電流時(shí)氮氧化物的轉(zhuǎn)化率的電流。一些實(shí)施例中，電流為直流。一些實(shí)施例中，電流施加時(shí)電流直接跳到設(shè)計(jì)值。一些實(shí)施例中，電流施加時(shí)電流慢慢到達(dá)設(shè)計(jì)值。
[0027]所述控制器114，214，314，414可為任何控制電流開關(guān)及/或升降的機(jī)構(gòu)。一些實(shí)施例中，所述控制器為開關(guān)電流的開關(guān)。
[0028]—些實(shí)施例中，所述第一電極101，201，301，401為陽(yáng)極。陽(yáng)極可包括任何催化氧離子氧化為氧氣的材料，及其他任何陽(yáng)極材料。一些實(shí)施例中，陽(yáng)極含有錳的氧化物，例如鑭鍶錳氧化物，如(LaasSra2)a95MnO3;鉑與氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯的組合；鉑與釓摻雜氧化鈰的組合；或者前述物質(zhì)的任意組合。
[0029]—些實(shí)施例中，所述第二電極102，202，302，402為陰極。除催化材料和吸附材料夕卜，陰極的電極組成還可包含任何陰極材料。如后述實(shí)驗(yàn)示例所示，本發(fā)明實(shí)施例所涉及的吸附材料顯著提升了氮氧化物的去除率。
[0030]催化材料可為任何催化氮氧化物的分解的材料。一些實(shí)施例中，催化材料包括錳的氧化物，例如鑭鍶鎳錳氧化物(如Laa6Sra4Nia3Mna7O3);氧化鎳；鑭鍶鎳錳氧化物和釓摻雜氧化鈰(如Gd。.!Ce0.90L95)的組合；鑭鍶鎳錳氧化物和鈧穩(wěn)定氧化鋯(如Zras9Sca