[发明专利]多相的复合型含碳催化剂体系以及使用具有催化活性的金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金基催化剂体系，其中，具有催化活性的金被加到复合载体介质上。

背景技术

一氧化碳是由有机材料的不完全燃烧而形成的毒性气体。一氧化碳与血红蛋白结合会形成碳氧血红蛋白，其在将氧输送到体细胞这方面是无效的。吸入含有1体积％-2体积％(10,000到20,000ppm)CO的空气在几分钟内就会致死。美国职业安全和健康国立研究所(NIOSH)认为，CO浓度高于1200ppm就会直接危害生命和健康。

许多火灾致死都是由CO造成的。在有限空间内使用炸药的采矿作业过程中也会遇到CO的问题。CO还存在于汽油动力内燃机或柴油动力内燃机所排放的废气中。运转不佳的发动机、机器、加热设备、通风设备、空调设备和其它设备也会放出CO，从而对建筑物和车辆内的空气造成污染。结果，在人有可能接触到CO气体的上述这些环境以及其它环境中防止CO的危害是极为必要的。

消防队员和其他紧急事件处理人员已装备有在气筒内使用压缩空气或氧气的自给式呼吸器来提供针对CO的防护。这些装置往往又重又大又贵，并且需要进行专门的培训以有效地使用。给某一区域内的每个人都配备这种装置是不现实的。

在建筑物、公共场所、车辆等发生火灾或其它预料不到的突发性一氧化碳释放情况中，需要个人迅速逃离含有危险浓度的CO气体的区域。在这些情况中，装有一氧化碳防护性介质的、易用而轻便的呼吸器或面具是合乎需要的。

在汽车、卡车、轨道车辆、船舶或其它运输工具的舱室环境中也需要防止CO的危害。在许多交通极为拥挤的区域和地道内，废气排放物的聚集会导致CO的浓度水平升高。通常，所接触到的CO浓度水平往往小于200到300ppm，但是即使这种CO浓度水平也会引起司机和乘客出现头疼、眩晕和恶心呕吐的症状。在这些情况下的应用中，会接触到大量的气体和高的气体流速。因此，舱室空气在催化剂上的停留时间较短，该时间为小于0.05秒，甚至小于0.03秒。因此，需要具有在这些条件下还可以除去CO的催化剂。

然而，当CO在室温下存在时，CO的低沸点和高临界温度使其难于通过物理吸附的方法被除去。常规防毒面具中的基于活性炭吸附剂的滤毒罐和过滤器作为高浓度一氧化碳的实际防护物来说是相对无效的。

将一氧化碳催化氧化成二氧化碳是一种个人呼吸保护所需的在高浓度和高流速情况下从空气中除去一氧化碳的可行方法。然而，大多数CO氧化催化剂只在150℃或更高的温度下具有活性。即使氧化成CO₂的反应过程是热力学有利的，情况也仍然如此。很少有CO氧化催化剂在室温或更低的温度下具有活性。理想的是，可用于CO呼吸保护的催化剂在低温下能发挥作用。

已知用于在低温下氧化CO的两类催化剂包括过渡金属氧化物(主要是Cu、Mn和/或Co的混合氧化物)和负载型贵金属催化剂。用于在低温下氧化CO的一种广泛应用的过渡金属氧化物是霍加拉特。霍加拉特是由美国矿务局和美国军队化学战争服务处在第一次世界大战期间开发的锰-铜混合氧化物[参见文献Lamb，Bray and Frazer，J.Ind.Eng.Chem.，12，213(1920)]。霍加拉特是即使在低达-20℃的温度下也对CO氧化具有很强活性的催化剂。霍加拉特的主要缺点在于其使CO氧化的能力会被空气中的水蒸气迅速破坏。这意味着具有霍加拉特催化剂的呼吸器过滤装置必须在该过滤装置的进气口侧设有干燥剂床。呼吸器过滤装置的使用寿命由干燥剂床的容量和效率决定。即使是为高呼吸速率条件下的短期应用(约30分钟)而设计的过滤装置也需要体积比催化剂床自身体积大的干燥剂床。霍加拉特可购自Carus Chemical公司(地址：315 Fifth Street，Peru，IIlinois 61354，美国)，商品名为Carulite 300。

CO通过负载型铂族金属(最通常为Pt、Pd、Rh、Ru和Ir)发生催化氧化反应的方法已长期为人所知。然而，大多数这些催化剂只在150℃左右的温度下具有活性。