專利名稱：一種一氧化碳氧化催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一氧化碳氧化催化劑，具體是一種天然凹凸棒石粘土負(fù)載鈀銅的一氧 化碳氧化催化劑及其制備方法，該催化劑適于常溫常濕條件下使用。
背景技術(shù)：
CO常溫催化氧化過(guò)程涉及消除環(huán)境污染、空氣凈化、CO2激光器中氣體純化、CO傳 感器、防毒面具以及密閉系統(tǒng)內(nèi)CO的消除等方面。但是在常溫，尤其是有水蒸氣存在的條 件下，許多催化劑均存在活性低、抗水性能差等缺點(diǎn)，使其使用受到限制。因此，常溫常濕條 件下具有高活性和高穩(wěn)定性的CO氧化催化劑成為研究的熱點(diǎn)。CO催化氧化催化劑主要有兩種類型負(fù)載型貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑。負(fù) 載型貴金屬(Pt，Pd等)催化劑廣泛用于CO催化氧化。USP 4490482公開(kāi)的Pt/SnA催化 劑用于(X)2激光器中催化CO室溫氧化具有較好的效果，但貴金屬含量高達(dá)2. 0%，成本較 高。ZL 99115512. 2公開(kāi)的Pd/硅藻土催化劑用于CO常溫氧化，在CO含量(0. 313% )較 低時(shí)可完全轉(zhuǎn)化，但貴金屬Pd的含量為1 5%。負(fù)載型金催化劑具有較高的低溫CO催化 氧化活性和抗水蒸氣中毒能力。如中國(guó)發(fā)明專利CN 0012 公開(kāi)的負(fù)載型金催化劑在環(huán) 境溫度(-10 40°C )和環(huán)境濕度(相對(duì)濕度60 100% )下具有良好的催化活性。但金 催化劑存在制備過(guò)程繁瑣，金負(fù)載量高，且損失量大等缺陷。非貴金屬催化劑由于價(jià)格低廉，活性較高。如ZL 2005100U832. 6公開(kāi)的Co3O4 催化劑具有較高的催化活性和穩(wěn)定性，且制備方法簡(jiǎn)單，在常溫下CO轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%，但 是在有水蒸氣條件下會(huì)迅速失活。與Co3O4催化劑相比，CeO2-Co3O4催化劑雖具有良好的抗 水性能，但要求反應(yīng)溫度不低于 110°C (Hou-XiaoDong, Wang-YongZhao, Zhao-YongXiang, Catal. Lett.，2008，123 :321-326)。用于CO低溫氧化的霍加拉特催化劑，是一種以 CuO-MnOx為主要成分的復(fù)合氧化物，該催化劑在儲(chǔ)存和使用時(shí)也存在極易吸收水分，導(dǎo)致 催化劑失活等問(wèn)題，限制了其在許多領(lǐng)域中的使用。凹凸棒石粘土又名坡縷石或坡縷縞石(Attapulgite)，是指以凹凸棒石為主要成 分的一種粘土礦物，是一種晶質(zhì)水合鎂鋁硅酸鹽礦物。凹凸棒石粘土具有獨(dú)特的分散、耐 高溫、抗鹽等良好的膠體性質(zhì)和較高的吸附脫色能力，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如化工、輕工、 建材、地質(zhì)勘探、硅酸鹽工業(yè)、原子能工業(yè)、環(huán)保及制藥等，素有“千土之王”、“萬(wàn)用之土”等 美譽(yù)。近幾年，凹凸棒石粘土在催化中的應(yīng)用得到越來(lái)越多的關(guān)注，如CN101288847A公開(kāi) 的凹凸棒石粘土(Attapulgite)負(fù)載氧化銅催化劑具有優(yōu)異催化性能，應(yīng)用于一氧化碳氧 化，但要求CO完全轉(zhuǎn)化的溫度不低于120°C。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種一氧化碳氧化催化劑及其制備方法，該催化劑適于常 溫常濕條件下使用。本發(fā)明提供的一種一氧化碳氧化催化劑，載體為凹凸棒石粘土(Attapulgite)，活性組分為Cu和Pd，Cu的負(fù)載量為8 12wt%，Pd的負(fù)載量為0. 2 Iwt %。一氧化碳氧化催化劑制備方法，具體包括以下步驟將Cu (NO3) 2 -3H20XuC12 ·2Η20 和Pd離子濃度9-10mg/mL的PdCl2按摩爾比2 4 1 2 1.5 3配成溶液；將該溶 液等量或過(guò)量浸漬于凹凸棒石粘土載體上，70 90°C干燥2 4h，100 150°C干燥2 4h，壓片，取粒徑為40-60目之間的顆粒，即制得一氧化碳氧化催化劑。本發(fā)明以凹凸棒石粘土為載體負(fù)載鈀銅制備的催化劑，具有較高的催化活性和抗 水性能，在常溫25°C，空速2500 lOOOOh—1，CO含量2000 lOOOOppm，原料氣經(jīng)水蒸氣飽 和的反應(yīng)條件下，可將CO有效地轉(zhuǎn)化為(X)2。由于載體凹凸棒石粘土廉價(jià)易得，催化劑制備 方法及過(guò)程簡(jiǎn)單，且貴金屬含量低，該催化劑具有顯著的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明的催化劑在常壓連續(xù)流動(dòng)的微反應(yīng)器上進(jìn)行CO催化氧化反應(yīng)性能評(píng)價(jià) 催化劑裝填量為300mg，催化劑在250-450°C經(jīng)隊(duì)預(yù)處理1 3h，降至室溫經(jīng)水蒸氣飽和的 空氣處理2 5h，然后進(jìn)行活性評(píng)價(jià)。采用GC-930型氣相色譜儀分析反應(yīng)前后混合氣體 中CO、CO2濃度，其中色譜柱采用碳分子篩分離CO、CO2，柱后串聯(lián)一個(gè)內(nèi)裝M催化劑的甲 烷轉(zhuǎn)化器，使分離后的CO和(X)2先后全部轉(zhuǎn)化為甲烷，然后再進(jìn)入氫火焰檢測(cè)器在線分析， 最后經(jīng)N2000雙通道色譜工作站分析反應(yīng)前后的CO在混合氣中的含量，CO最小檢測(cè)量為 IOppm0與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)1.以凹凸棒石粘土為載體，采用浸漬法制備Pd-Cu/Attapulgite催化劑，Pd、Cu 負(fù)載量易控，操作簡(jiǎn)單，載體及所用其它原料廉價(jià)易得，且貴金屬含量低。制備的Pd-Cu/ Attapulgite催化劑在常溫常濕條件下具有高的CO催化氧化活性和穩(wěn)定性，活性持續(xù)時(shí)間 不低于120min。2.催化劑具有較寬的適用條件范圍，可在反應(yīng)溫度25°C，空速2500 lOOOOtT1， CO含量2000 IOOOOppm的反應(yīng)條件下有效地催化氧化C0。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1取5g天然凹凸棒石粘土作載體，將1. 7322g Cu(NO3)2 ·3Η20、0· 6116g CuCl2 ·2Η20、 4.8ml 沉12( (1離子濃度9.51^/1^)配成溶液，浸漬于凹凸棒石粘土載體上，80°C干燥3h， 120°C干燥池后制得凹凸棒石粘土負(fù)載鈀銅催化劑，經(jīng)壓片，篩分后取粒徑為40-60目之間 的顆粒，Cu的負(fù)載量12wt%、Pd的負(fù)載量0. 2wt%。預(yù)處理及評(píng)價(jià)通N2升溫至400°C處理催化劑lh，降溫過(guò)程中仍通N2保護(hù)直至降 為25°C，然后切換經(jīng)水蒸氣飽和的空氣處理3h。在原料氣組成為CO 0. 5%,O2 14. 4%,N2 85. 1% (體積百分比)，并經(jīng)水蒸氣飽和，氣體體積空速為eOOOtT1，反應(yīng)溫度為25°C時(shí)，反 應(yīng)30min后，一氧化碳轉(zhuǎn)化率達(dá)100%，催化活性至少可持續(xù)200min。實(shí)施例2采用實(shí)施例1中所述的催化劑。預(yù)處理及評(píng)價(jià)通N2升溫至400°C處理催化劑lh，降溫過(guò)程中仍通N2保護(hù)直至降 為25°C。在原料氣組成為CO 0. 5%, O2 14. 4%,N2 :85. 1% (體積百分比)，并經(jīng)水蒸氣飽 和，氣體體積空速為ΘΟΟΟΙΓ1，反應(yīng)溫度為25°C時(shí)，反應(yīng)80min后，一氧化碳轉(zhuǎn)化率達(dá)100%，催化活性至少可持續(xù)180min。實(shí)施例3采用實(shí)施例1中所述的催化劑。預(yù)處理及評(píng)價(jià)通隊(duì)升溫至400°C處理催化劑lh，降溫過(guò)程中仍通N2保護(hù)直至 降為25°C，經(jīng)水蒸氣飽和的空氣常溫處理汕。在原料氣組成為CO 0. 5%, O2 14. 4%, N2 85. 1% (體積百分比)，并經(jīng)水蒸氣飽和，氣體體積空速為lOOOOh—1，反應(yīng)溫度為25°C時(shí)，反 應(yīng)30min后，一氧化碳轉(zhuǎn)化率達(dá)85%，催化活性至少可持續(xù)120min。實(shí)施例4取5g天然凹凸棒石粘土作載體，將1. 0789g Cu(NO3)2 ·3Η20、0· 3809g CuCl2 ·2Η20、 15ml 沉12( (1離子濃度9.51^/1^)配成溶液，過(guò)量浸漬于凹凸棒石粘土載體上，80°C干燥 3h，120°C干燥池后制得凹凸棒石粘土負(fù)載鈀銅催化劑，經(jīng)壓片，篩分后取粒徑為40-60目 之間的顆粒Cu的負(fù)載量12wt%、Pd的負(fù)載量Iwt%。采用實(shí)施例1中所述的預(yù)處理過(guò)程及活性評(píng)價(jià)條件時(shí)，反應(yīng)30min后，一氧化碳轉(zhuǎn) 化率達(dá)70%，該催化劑活性至少可持續(xù)120min。實(shí)施例5取5g天然凹凸棒石粘土作載體，將1. 1013g Cu(NO3)2 ·3Η20、0· 3884g CuCl2 ·2Η20、 3. Iml 沉12( (1離子濃度9.51^/1^)配成溶液，浸漬于凹凸棒石粘土載體上，80°C干燥3h， 120°C干燥池后制得凹凸棒石粘土負(fù)載鈀銅催化劑，經(jīng)壓片，篩分后取粒徑為40-60目之間 的顆粒，Cu的負(fù)載量8wt%、Pd的負(fù)載量0. 2wt%。采用實(shí)施例1中所述的預(yù)處理過(guò)程及活性評(píng)價(jià)條件時(shí)，反應(yīng)50min后，一氧化碳轉(zhuǎn) 化率達(dá)100%，該催化劑活性至少可持續(xù)120min。
權(quán)利要求
1.一種一氧化碳氧化催化劑，其特征在于，載體為凹凸棒石粘土，活性組分為Cu和Pd， Cu的負(fù)載量為8 12wt%，Pd的負(fù)載量為0. 2 Iwt%。
2.如權(quán)利要求1所述的一氧化碳氧化催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 將 Cu (NO3) 2 · 3H20、CuCl2 · 2H20 和 Pd 離子濃度 9-lOmg/mL 的 PdCl2 按摩爾比 2 4 1 2 1.5 3配成溶液；將該溶液等量或過(guò)量浸漬于凹凸棒石粘土載體上，70 90°C干燥 2 4h，100 150°C干燥2 4h，壓片，取粒徑為40-60目之間的顆粒，即制得一氧化碳氧 化催化劑。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種一氧化碳氧化催化劑及其制備方法，催化劑載體為凹凸棒石粘土，活性組分為Cu和Pd，Cu的負(fù)載量為8～12wt％，Pd的負(fù)載量為0.2～1wt％。其制備方法將Cu(NO3)2·3H2O、CuCl2·2H2O和PdCl2按摩爾比2～4∶1～2∶1.5～3配成溶液；將該溶液等量或過(guò)量浸漬于凹凸棒石粘土載體上，干燥，壓片制得。該催化劑具有較高的催化活性、穩(wěn)定性及抗水性，在常溫，空速2500～10000h-1，CO含量2000～10000ppm的反應(yīng)條件下，可將經(jīng)水蒸氣飽和的CO有效地催化氧化，活性持續(xù)時(shí)間不低于120min。
文檔編號(hào)C01B31/20GK102101054SQ20111000860
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者張卓, 李鳳梅, 王永釗, 趙永祥, 高曉慶 申請(qǐng)人:山西大學(xué)