一種制備甲烷催化燃燒催化劑的方法
【專利說明】一種制備甲烷催化燃燒催化劑的方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種制備甲烷催化燃燒催化劑的方法，特別涉及一種水熱法與浸漬法 共同制備甲烷催化燃燒催化劑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤層氣俗稱"瓦斯"，主要成分是甲烷，與煤炭伴生，熱值是煤的2~5倍，并且燃燒 后很潔凈，幾乎不會(huì)產(chǎn)生廢氣，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)和居民生活等。如果對(duì)煤層氣不加以利 用，直接排放到大氣中，導(dǎo)致的溫室效應(yīng)約為CO 2的21倍，嚴(yán)重的影響了生態(tài)環(huán)境，與"節(jié)能 減排"相悖。因此，充分利用煤層氣至關(guān)重要。
[0003] 但是，傳統(tǒng)甲烷火焰燃燒的火焰絕熱溫度超過2000°C，此溫度下空氣中的N2和O 2 會(huì)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致大量的氮氧化物生成；同時(shí)，燃燒設(shè)備也不能承受如此高溫。相比之下，甲 烷催化燃燒可以降低甲烷燃燒溫度，從而降低了對(duì)設(shè)備的損害，同時(shí)也降低對(duì)環(huán)境的污染。 但是選用哪一種甲烷催化燃燒催化劑更有效，成為人們的研究重點(diǎn)。一般甲烷催化燃燒催 化劑由載體和活性組分構(gòu)成。貴金屬具有良好的低溫催化性能和抗老化性能，因此被廣泛 用作甲烷催化燃燒催化劑的活性成分。催化劑載體種類多種多樣，包括氧化鋁、分子篩以及 金屬氧化物等。
[0004] 專利CN103203233A公開了一種鈀基催化劑的制備方法，以鈀作為活性成分，介孔 氧化鋁作為載體，表現(xiàn)出良好的催化性能，但是該催化劑制備周期長(zhǎng)。
[0005] 專利CN103131489A公開了一種共沉淀-浸漬法制備甲烷催化燃燒固溶體催化劑 的方法，以鐵鈰復(fù)合氧化物為載體，以銀為活性成分，該催化劑低溫活性較高，低溫轉(zhuǎn)化率 較聞。
[0006] 由以上專利得知，開發(fā)一種制備周期短，低溫轉(zhuǎn)化率高的甲烷催化燃燒催化劑具 有很重要的應(yīng)用前景。
[0007] 甲烷催化燃燒催化劑中以固溶體催化劑居多，制備固溶體催化劑的方法有共沉淀 法、溶膠-凝膠法、微乳液法和高能球磨法等。本專利采用一種水熱與浸漬法共同制備甲烷 催化燃燒催化劑的方法，制備周期短，催化活性高，甲烷的起燃溫度低于270°c，終燃溫度低 于390°C，并且耐老化性能好，低溫轉(zhuǎn)化率高，450°C就能達(dá)到95%以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是解決目前甲烷催化燃燒催化劑制備周期長(zhǎng)，催化效率低，催化溫 度較高，耐老化性能差等缺陷，獲得一種更加有效的甲烷催化燃燒催化劑。開發(fā)的一種制備 甲烷催化氧化催化劑的方法，即在水熱和浸漬的共同條件下，得到甲烷催化燃燒催化劑的 方法。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特征在于甲烷的制備周期短，催化活性高，甲烷的起燃 溫度低于270°C，終燃溫度低于390°C。催化劑經(jīng)120(TC高溫老化后，催化活性良好。催化 劑組成和百分比為：載體為鈰鐵鈷復(fù)合氧化物，其中鈰含量為90%~96%，鐵含量為3%~ 7%，鈷含量為3%~5% ;活性組分為鈀，其占總催化劑百分含量的0. 5%~2%。
[0010] 本發(fā)明提供一種制備甲烷催化燃燒催化劑的方法，其步驟如下：
[0011] (1)水熱法制備氧化鈰/三氧化二鐵/氧化鈷（Ce02/Fe20 3/Co203)載體：將硝酸鈰、 硝酸鐵和硝酸鈷溶于一定體積的蒸餾水中，并攪拌均勻，得到溶液A向溶液A中加入沉淀劑 尿素或者碳酸銨，調(diào)節(jié)PH大于7,然后加入到高壓釜中，密封，放入烘箱中。反應(yīng)完后，取出 沉淀，并洗滌、干燥，然后煅燒制得催化劑載體。
[0012] (2)配置硝酸鈀溶液，將上述制得的催化劑載體浸漬于硝酸鈀溶液中，靜置一段時(shí) 間后，煅燒制得催化劑成品。
[0013] (3)步驟（1)中所述鈰含量為90%~96%，鐵含量為3%~7%，鈷含量為3%~ 5%。
[0014] (4)步驟⑴中反應(yīng)溫度一般為60°C~140°C，反應(yīng)時(shí)間一般為3~6h。
[0015] (5)步驟⑵所述鈀占催化劑總量的0· 5%~2%。
[0016] (6)步驟⑵中所述浸漬為等體積浸漬。
[0017] (7)步驟⑵中所述靜置時(shí)間為2~3h。
[0018] (8)上述步驟煅燒溫度一般為300~500°C，煅燒時(shí)間一般為2h。
[0019] 在固定床微型反應(yīng)裝置上驗(yàn)證對(duì)甲烷的催化燃燒活性，進(jìn)氣組成為V(甲 烷）：V(空氣）=1 : 99,分別取反應(yīng)前后的氣體，通過氣相色譜對(duì)其進(jìn)行定量分析，從而 對(duì)該催化劑的催化活性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 實(shí)施實(shí)例1 :
[0021] (1)水熱法制備氧化鈰/三氧化二鐵/氧化鈷（Ce02/Fe20 3/Co203)載體：
[0022] 分別稱量硝酸鈰、硝酸鐵和硝酸鈷分別為20~32g，2. 5~3. 49g，0. 5~I. 44g，加 入到150ml蒸餾水中，攪拌均勻，得到混合鹽溶液A，然后向溶液中加入6~IOg尿素（其中 尿素過量），在封閉體系中反應(yīng)，溫度為60°C~140°C,反應(yīng)時(shí)間為3~6h。反應(yīng)結(jié)束后,待 反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，取出沉淀，經(jīng)過洗滌、105°C干燥3h，然后450°C煅燒2h，得到多種 金屬氧化物混合催化劑載體。
[0023] (2)鈀浸漬液制備
[0024] 配制摩爾濃度為0. 05~0. lmol/L的Pd (NO3) 2溶液，取0. 5mlPd (NO3) 2溶液，添加 蒸饋水至3~6ml，攪拌均勻。
[0025] (3)活性組分的負(fù)載
[0026] 將步驟（1)制得的催化劑載體研磨，稱量6g浸漬于步驟（2)中的溶液，室溫浸漬 3h，浸漬結(jié)束后將其放于烘箱中105°C干燥3h，之后450°C煅燒2h。將所得的催化劑成品用 于催化劑評(píng)價(jià)。其中鈀占催化劑含量的〇. 89%。
[0027] 該催化劑在空氣/甲烷（體積比）=99時(shí)，氣體總空速為1800(?'催化劑用量 為I. 5g的條件下催化反應(yīng)性能如下：
[0028]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種制備甲烷催化燃燒催化劑的方法，其特征在于催化劑載體為鐵鈰鈷復(fù)合氧化 物，其中鈰含量為90%~96%，鐵含量為3%~7%，鈷含量為3%~5%;活性組分為鈕，其 占總催化劑百分含量的〇. 5%~2%。具體實(shí)施步驟如下： (1) 水熱法制備氧化鈰/三氧化二鐵/氧化鈷（Ce02/Fe203/Co 203)載體 a將硝酸鈰、硝酸鐵和硝酸鈷溶于一定體積的蒸餾水中，并攪拌均勻，得到溶液A ; b向溶液A中加入沉淀劑尿素或者碳酸銨； c密封,使反應(yīng)體系成為封閉體系； d升溫到指定溫度T，并設(shè)置在反應(yīng)溫度下的反應(yīng)時(shí)間；一般反應(yīng)溫度范圍為60°C~ 140°C ;-般反應(yīng)時(shí)間為3~6h ; e反應(yīng)結(jié)束后，待反應(yīng)釜降到室溫，抽濾并干燥得到催化劑載體。 (2) 鈀浸漬液制備 配制一定摩爾濃度的Pd (NO3) 2溶液，取一定量的Pd (NO3) 2溶液，添加蒸餾水稀釋到一定 體積，攪拌均勻。 (3) 活性組分的負(fù)載 將步驟（1)制得的催化劑載體研磨，稱量一定量的催化劑浸漬于步驟（2)中的溶液，室 溫浸漬2~3h，浸漬結(jié)束后將其放于烘箱中干燥，隨后煅燒。最后將所得的催化劑成品用于 催化劑評(píng)價(jià)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于反應(yīng)原料為鈰、鐵、鈷和鈀的硝酸鹽化合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于催化劑載體中鈰含量為90%~96%，鐵含量為3%~ 7%，鈷含量為3%~5%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于鈀占總催化劑含量的0. 5%~2%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于浸漬為等體積浸漬。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備甲烷催化燃燒催化劑的方法，屬于無機(jī)材料制備領(lǐng)域，特別是一種水熱法與浸漬法共同制備甲烷催化燃燒催化劑的方法。本發(fā)明的特征在于催化劑載體為鈰鐵鈷復(fù)合氧化物，其中鈰含量為90％～96％，鐵含量為3％～7％，鈷含量為3％～5％；活性組分為鈀，其占總催化劑百分含量的0.5％～2％。該催化劑制備方法包括以下步驟：(1)水熱法制備氧化鈰/三氧化二鐵/氧化鈷(CeO2/Fe2O3/Co2O3)載體；(2)配置硝酸鈀(Pd(NO3)2)溶液，將步驟(1)制好的催化劑載體浸漬于硝酸鈀溶液，靜置后干燥，經(jīng)煅燒制得催化劑成品。該催化劑具有制備周期短、甲烷催化效率高、催化溫度較低以及耐老化性能好等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】B01J37-02, B01J23-89, C10L10-00
【公開號(hào)】CN104707623
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310682164
【發(fā)明人】裴振昭
【申請(qǐng)人】裴振昭
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2013年12月16日