一種用于甲烷催化燃燒的催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種化學(xué)催化劑，特別涉及一種用于甲烷催化燃燒的催化劑及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以甲烷為主要成分的天然氣因?yàn)樗膬?chǔ)量豐富、熱效應(yīng)好且清潔低污染，被認(rèn)為 是21世紀(jì)最具潛力的"第四代能源"，在發(fā)電、化工、民用燃料等方面的應(yīng)用越來(lái)越受到人 們的關(guān)注。但由于甲烷分子是類似惰性氣體電子排布，且其非常對(duì)稱穩(wěn)定的正四面體結(jié)構(gòu) 使得甲烷很難在溫和條件下得到有效的活化和轉(zhuǎn)化，且傳統(tǒng)的甲烷直接燃燒由于燃燒溫度 高會(huì)產(chǎn)生氮氧化物，造成環(huán)境污染。
[0003] 催化燃燒技術(shù)由于燃燒溫度低，不僅可有效的減少NOx生成還可以提高熱效率，是 對(duì)傳統(tǒng)有焰燃燒方式的改進(jìn)。其原理是在催化劑的作用下，甲烷燃燒反應(yīng)的活化能會(huì)降低， 在300°C?800°C的溫度窗口內(nèi)即可完成氧化，避免了由于燃燒時(shí)高溫產(chǎn)生的NOx造成的環(huán) 境污染。并且催化燃燒反應(yīng)完全，燃燒效率高，可燃?xì)怏w濃度可以很低。
[0004] 甲烷催化燃燒所用的催化劑有鈣鈦礦、螢石型復(fù)合氧化物、六鋁酸鹽及尖晶石結(jié) 構(gòu)等，但大部分對(duì)甲烷的催化燃燒都處于高溫區(qū)，通常T9(l (轉(zhuǎn)化率90 %時(shí)所需的反應(yīng)溫度） 高于500°C，如此高的燃燒溫度往往對(duì)設(shè)備或者材料要求較高。因此，如何降低甲烷燃燒溫 度，一直是工業(yè)界努力的方向。
[0005] 在甲烷催化燃燒方面，Co氧化物C〇304具有很好的催化效果，對(duì)甲烷的活化氧化有 明顯的促進(jìn)作用，是一個(gè)優(yōu)良的甲烷燃燒催化劑載體。另外Ce02對(duì)高溫催化燃燒反應(yīng)有同 樣具有明顯的促進(jìn)作用，也是一個(gè)優(yōu)良的過(guò)渡金屬氧化物載體。大量文獻(xiàn)表明貴金屬的加 入可以極大的降低可燃?xì)怏w的起燃溫度，負(fù)載少量的貴金屬可以很大提高反應(yīng)效率，其中 Pd對(duì)甲烷的氧化改善效果尤為明顯。
[0006] 為此，本專利結(jié)合C〇304、&02和Pd的特性，采用硬模板法制備出一種高比表面積 且具有特定精細(xì)三維介孔結(jié)構(gòu)的Pd-Ce02-C〇304催化劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有甲烷催化燃燒催化劑反應(yīng)溫度過(guò)高的不足， 提供一種用于甲烷催化燃燒的催化劑及其制備方法。
[0008] 為解決該技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0009] 一種用于甲烷催化燃燒的催化劑，其特征在于：該催化劑由Ce02-c〇304雙組份載 體和貴金屬Pd組成，在整個(gè)催化劑中，Ce02的質(zhì)量百分含量為0. 5% -5%，Pd的質(zhì)量百分 含量為 0. 1% -0. 5%。
[0010] 該催化劑的制備方法為：利用硬模板法兩次填充制備Ce02-C〇304雙組份氧化物 為載體的負(fù)載貴金屬Pd催化劑，首先將C〇304總質(zhì)量的75%填充到KIT-6的孔道中，得 到半填充的Co304-KIT-6,然后再在Co304-KIT-6的孔道中填充剩余25%的C〇304、CeO# Pd的混合物得到Pd-Ce02-C〇304-KIT-6，最后用NaOH溶液去除其中的模板劑KIT-6，得到Pd-Ce02-Co304催化劑。
[0011] 具體包括如下步驟：
[0012] (1)將C〇(N03)2 *6H20溶于無(wú)水乙醇，加入模板劑KIT-6,攪拌后經(jīng)超聲處理，接著 70°C水浴將溶液蒸干，經(jīng)500°C焙燒3h，得到C〇304-KIT-6黑色粉末，其中Co(N03) 2，6H20 (以 C〇304計(jì)）和KIT-6的質(zhì)量比為：2. 07:1。
[0013] (2)將C〇(N03)2 ? 6H20 和Ce(N03)3 ? 6H20 溶于無(wú)水乙醇，加入Pd(N03)2溶液，隨后 加入上述得到的C〇304-KIT-6,攪拌后經(jīng)超聲處理，接著70°C水浴將溶液蒸干，經(jīng)500°C焙燒 3h得到Pd-Ce02-Co304-KIT-6 黑色粉末，C〇(N03)2 ? 6H20 (以C〇304計(jì)）、Ce(N0 3)3 ? 6H20 (以 Ce0j+)、Pd(N03)2 (以Pd計(jì)）和Co304-KIT-6 的質(zhì)量比為：1. 379:0. 0277-0. 291:0. 0057-0 .0291:6. 137。
[0014] (3)將上述得到的Pd-Ce02-C〇304-KIT-6黑色粉末加入到NaOH溶液中攪拌lh，然 后經(jīng)過(guò)洗滌、離心干燥即得具有三維介孔結(jié)構(gòu)的Pd-Ce02-C〇304催化劑。
[0015] 用上述方法制備的催化劑，其載體為含有特定三維介孔結(jié)構(gòu)的雙組份氧化物載體 和貴金屬Pd相結(jié)合，提高了催化劑對(duì)甲烷催化燃燒（氧化）活性，能夠大幅降低甲烷的燃 燒溫度（甲烷轉(zhuǎn)化率99%時(shí)的溫度T99)。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步的具體說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施 例。
[0017] 實(shí)施例1
[0018] (1)稱取 15gC〇(N03)2 ? 6H20(以C〇304計(jì)為 4. 14g)溶于 40mL無(wú)水乙醇，加入 2g 模板劑KIT-6并攪拌lh，隨后超聲處理0. 5h，接著70°C水浴將溶液蒸干，經(jīng)500°C焙燒3h， 得到Co304-KIT-6黑色粉末。
[0019] (2)稱取 5gC〇(N03)2 ? 6H20 和 0? 070gCe(N03)3 ? 6H20 溶于 40mL無(wú)水乙醇，加入 5. 55mLPd(N03)2溶液（共含Pd27.8mg)，隨后加入上述得到的Co304-KIT-6并攪拌lh，超 聲處理0. 5h，接著70°C水浴將溶液蒸干，經(jīng)500°C焙燒3h得到Pd-Ce02-C〇304-KIT-6黑色粉 末。
[0020] (3)將上述得到的Pd-Ce02-Co304-KIT-6黑色粉末加入到250mL的NaOH溶液（2M) 中攪拌lh，然后經(jīng)過(guò)洗滌、離心干燥即得具有三維介孔結(jié)構(gòu)的Pd-Ce02-C〇304-1催化劑：催 化劑中&02質(zhì)量百分含量為0. 5%，Pd質(zhì)量百分含量為0. 5%。
[0021] 實(shí)施例2
[0022] (l)Co304-KIT-6黑色粉末的制備方法與實(shí)施例1相同。
[0023] (2)稱取 5gC〇(N03)2 ? 6H20 和 0? 141gCe(N03)3 ? 6H20 溶于 40mL無(wú)水乙醇，加入 5. 58mLPd(N03)2溶液（共含Pd27.9mg)，隨后加入上述得到的Co304-KIT-6并攪拌lh，超 聲處理0. 5h，接著70°C水浴將溶液蒸干，經(jīng)500°C焙燒3h得到Pd-Ce02-C〇304-KIT-6黑色粉 末。
[0024] (3)將上述得到的Pd-Ce02-Co304-KIT-6黑色粉末加入到250mL的NaOH溶液（2M) 中攪拌lh，然后經(jīng)過(guò)洗滌、離心干燥即得具有三維介孔結(jié)構(gòu)的Pd-Ce02-C〇304-2催化劑：催 化劑中〇6〇2質(zhì)量百分含量為1%，Pd質(zhì)量百分含量為0. 5%。
[0025] 實(shí)施例3
[0026] (l)Co304-KIT-6黑色粉末的制備方法與實(shí)施例1相同。
[0027] (2)稱取 5gCo(N03) 2 ? 6H20 和 0? 285gCe(N03) 3 ? 6H20 溶于 40mL無(wú)水乙醇，加入 5. 63mLPd(N03)2溶液（共含Pd28. 2mg)，隨后加入上述得到的Co304-KIT-6并攪拌lh，超 聲處理0. 5h，接著70°C水浴將溶液蒸干，經(jīng)500°C焙燒3h得到Pd-Ce02-C〇304-KIT-6黑色粉 末。
[0028] (3)將上述得到的Pd-Ce02-Co304-KIT-6黑色粉末加入到250mL的NaOH溶液（2M) 中攪拌lh，然后經(jīng)過(guò)洗滌、離心干燥即得具有三維介孔結(jié)構(gòu)的Pd-Ce02-C〇304-3催化劑：催 化劑中〇6〇2質(zhì)量百分含量為2%，Pd質(zhì)量百分含量為0. 5%。
[0029] 實(shí)施例4
[0030] (l)Co304-KIT-6黑色粉末的制備方法與實(shí)施例1相同。
[0031] (2)稱取 5gC〇(N03)2 ? 6H20 和 0? 431gCe(N03)3 ? 6H20 溶于 40mL無(wú)水乙醇，加入 5. 69mLPd(N03)2溶液（共含Pd28. 5mg)，隨后加入上述得到的Co304-KIT-6并攪拌lh，超 聲處理0. 5h，接著70°C水浴將溶液蒸干，經(jīng)500°C焙燒3h得到Pd-Ce02-C〇304-KIT-6黑色粉 末。
[0032] (3)將上述得到的Pd-Ce02-Co304-KIT-6黑色粉末加入到250mL的NaOH溶液（2M) 中攪拌lh，然后經(jīng)過(guò)洗滌、離心干燥即得具有三維介孔結(jié)構(gòu)的Pd-Ce02-C〇304-4催化劑：催 化劑中〇6〇2質(zhì)量百分含量為3%，Pd質(zhì)量百分含量為0. 5%。
[0033] 實(shí)施例5
[0034] (l)Co304-KIT-6黑色粉末的制備方法與實(shí)施例1相同。
[0035] (2)稱取 5gCo(N03) 2 ? 6H20 和 0? 733gCe(N03) 3 ? 6H20 溶于 40mL無(wú)水乙醇，加入 5. 81mLPd(N03)2溶液（共含Pd