[发明专利]一种Y型-铁酸盐催化剂氧化亚氮分解过程中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及微波条件下的氧化亚氮分解催化剂，具体地说是一种Y型-铁酸盐催化剂。

背景技术

氧化亚氮(N₂O)是一种重要的温室气体，其在大气中的含量为319ppbv，在温室气体中排在第三位，仅次于CO₂和CH₄，但是从温室效应来看，它的温室效应分别是CO₂和CH₄的310倍和21倍，如果以目前的年增速度(0.18-0.26%)增加，50年之后，N₂O的温室效应就会等于CO₂的温室效应。此外，N₂O是平流层中NO_x的主要来源，可发生自由基反应破坏臭氧层，而臭氧层有很强的吸收太阳光中紫外线的能力，能够阻止紫外线对人类的照射，保护人类的安全。最近十余年,随着人们环保意识的不断增强，越来越多的学者开始寻求有效控制N₂O向大气排放的方法。其中，在较高温度下直接分解来自氨转换炉等的废气N₂O就是一条比较经济、有效的消除方法，该法对催化剂的活性、寿命、高温热稳定性等提出了较高的要求。

近年来，N₂O作为新型绿色推进剂在航天领域受到了高度重视。N₂O是一种独特优越的推进剂：首先，N₂O具有较高的贮存密度(745kg/m³)，能够以气体或液体形式长期贮存；其次，具有很高的饱和蒸气压(52atm，20°C)，液态或气态N₂O可以依靠自身的蒸气压排出贮存系统，实现自增压，不需要增压设备而使推进系统大大简化；再次，无毒，并且与通用结构材料相容性好，便于系统设计和研制。更为重要的是，N₂O可实现多种模式推进：依靠自身蒸气压将N₂O气体直接喷出而产生推力的冷气推进(可用于姿态控制)；N₂O经催化分解产生高温混合气体(63.7%N₂+36.3%O₂)的单组元推进(用于轨道保持)；以N₂O催化分解产生的高温富氧燃气为氧化剂，与燃料二次点火燃烧的双组元推进(用于变轨)。N₂O这种独特的自增压式多模推进兼具冷气、单组元和双组元的比冲特征，推力范围宽，简单灵活，是目前其它推进剂技术所无法比拟的。

N₂O分解是实现N₂O消除和N₂O推进的前提和基础。N₂O分解反应方程式为：

N₂O(g) →N₂(g)+1/2O₂(g)( ΔH°_R=-82.5kJ/mol)

反应放热强烈，纯N₂O绝热分解温度高达1640°C；热分解反应活化能很高，600°C以下几乎检测不到N₂O分解。采用催化剂技术，可以改变反应路径、使N₂O在较低的温度下分解、提高反应速度。因此，N₂O催化分解是N₂O推进的基础和关键技术之一，直接决定这种新概念航天推进技术的工程可行性。

总之，无论是在环保领域还是作为航天推进剂使用，良好的低温活性对N₂O分解催化剂的基本要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Y型-铁酸盐催化剂及其制备和应用；可以在微波条件下引发和实施氧化亚氮分解过程。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种Y型-铁酸盐催化剂氧化亚氮分解过程中的应用，所述催化剂分子式为Ba₂M₂Fe_12-xAl_xO₂₂，x=0-11；其可在微波加热或微波等离子体条件下使氧化亚氮完全分解，M为Mg、Co、Ni中的1种、2种或3种。

在微波功率为10-900W条件下，在流动反应气氛下进行氧化亚氮分解反应，可快速实现氧化亚氮完全分解。催化剂成本低廉，本发明可以在推进剂或氧化亚氮分解工作场合下使用。