一种制备甲烷催化燃烧催化剂的方法
【专利说明】一种制备甲烷催化燃烧催化剂的方法 发明领域
[0001] 本发明涉及一种制备甲烷催化燃烧催化剂的方法，特别涉及一种水热法与浸渍法 共同制备甲烷催化燃烧催化剂的方法。
【背景技术】
[0002] 煤层气俗称"瓦斯"，主要成分是甲烷，与煤炭伴生，热值是煤的2~5倍，并且燃烧 后很洁净，几乎不会产生废气，可以广泛应用于工业和居民生活等。如果对煤层气不加以利 用，直接排放到大气中，导致的温室效应约为CO 2的21倍，严重的影响了生态环境，与"节能 减排"相悖。因此，充分利用煤层气至关重要。
[0003] 但是，传统甲烷火焰燃烧的火焰绝热温度超过2000°C，此温度下空气中的N2和O 2 会发生反应，导致大量的氮氧化物生成；同时，燃烧设备也不能承受如此高温。相比之下，甲 烷催化燃烧可以降低甲烷燃烧温度，从而降低了对设备的损害，同时也降低对环境的污染。 但是选用哪一种甲烷催化燃烧催化剂更有效，成为人们的研究重点。一般甲烷催化燃烧催 化剂由载体和活性组分构成。贵金属具有良好的低温催化性能和抗老化性能，因此被广泛 用作甲烷催化燃烧催化剂的活性成分。催化剂载体种类多种多样，包括氧化铝、分子筛以及 金属氧化物等。
[0004] 专利CN103203233A公开了一种钯基催化剂的制备方法，以钯作为活性成分，介孔 氧化铝作为载体，表现出良好的催化性能，但是该催化剂制备周期长。
[0005] 专利CN103131489A公开了一种共沉淀-浸渍法制备甲烷催化燃烧固溶体催化剂 的方法，以铁铈复合氧化物为载体，以银为活性成分，该催化剂低温活性较高，低温转化率 较闻。
[0006] 由以上专利得知，开发一种制备周期短，低温转化率高的甲烷催化燃烧催化剂具 有很重要的应用前景。
[0007] 甲烷催化燃烧催化剂中以固溶体催化剂居多，制备固溶体催化剂的方法有共沉淀 法、溶胶-凝胶法、微乳液法和高能球磨法等。本专利采用一种水热与浸渍法共同制备甲烷 催化燃烧催化剂的方法，制备周期短，催化活性高，甲烷的起燃温度低于270°c，终燃温度低 于390°C，并且耐老化性能好，低温转化率高，450°C就能达到95%以上。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是解决目前甲烷催化燃烧催化剂制备周期长，催化效率低，催化温 度较高，耐老化性能差等缺陷，获得一种更加有效的甲烷催化燃烧催化剂。开发的一种制备 甲烷催化氧化催化剂的方法，即在水热和浸渍的共同条件下，得到甲烷催化燃烧催化剂的 方法。
[0009] 与现有技术相比，本发明的特征在于甲烷的制备周期短，催化活性高，甲烷的起燃 温度低于270°C，终燃温度低于390°C。催化剂经120(TC高温老化后，催化活性良好。催化 剂组成和百分比为：载体为铈铁钴复合氧化物，其中铈含量为90%~96%，铁含量为3%~ 7%，钴含量为3%~5% ;活性组分为钯，其占总催化剂百分含量的0. 5%~2%。
[0010] 本发明提供一种制备甲烷催化燃烧催化剂的方法，其步骤如下：
[0011] (1)水热法制备氧化铈/三氧化二铁/氧化钴（Ce02/Fe20 3/Co203)载体：将硝酸铈、 硝酸铁和硝酸钴溶于一定体积的蒸馏水中，并搅拌均匀，得到溶液A向溶液A中加入沉淀剂 尿素或者碳酸铵，调节PH大于7,然后加入到高压釜中，密封，放入烘箱中。反应完后，取出 沉淀，并洗涤、干燥，然后煅烧制得催化剂载体。
[0012] (2)配置硝酸钯溶液，将上述制得的催化剂载体浸渍于硝酸钯溶液中，静置一段时 间后，煅烧制得催化剂成品。
[0013] (3)步骤（1)中所述铈含量为90%~96%，铁含量为3%~7%，钴含量为3%~ 5%。
[0014] (4)步骤⑴中反应温度一般为60°C~140°C，反应时间一般为3~6h。
[0015] (5)步骤⑵所述钯占催化剂总量的0· 5%~2%。
[0016] (6)步骤⑵中所述浸渍为等体积浸渍。
[0017] (7)步骤⑵中所述静置时间为2~3h。
[0018] (8)上述步骤煅烧温度一般为300~500°C，煅烧时间一般为2h。
[0019] 在固定床微型反应装置上验证对甲烷的催化燃烧活性，进气组成为V(甲 烷）：V(空气）=1 : 99,分别取反应前后的气体，通过气相色谱对其进行定量分析，从而 对该催化剂的催化活性进行评价。
【具体实施方式】
[0020] 实施实例1 :
[0021] (1)水热法制备氧化铈/三氧化二铁/氧化钴（Ce02/Fe20 3/Co203)载体：
[0022] 分别称量硝酸铈、硝酸铁和硝酸钴分别为20~32g，2. 5~3. 49g，0. 5~I. 44g，加 入到150ml蒸馏水中，搅拌均匀，得到混合盐溶液A，然后向溶液中加入6~IOg尿素（其中 尿素过量），在封闭体系中反应，温度为60°C~140°C,反应时间为3~6h。反应结束后,待 反应釜自然冷却至室温，取出沉淀，经过洗涤、105°C干燥3h，然后450°C煅烧2h，得到多种 金属氧化物混合催化剂载体。
[0023] (2)钯浸渍液制备
[0024] 配制摩尔浓度为0. 05~0. lmol/L的Pd (NO3) 2溶液，取0. 5mlPd (NO3) 2溶液，添加 蒸馈水至3~6ml，搅拌均匀。
[0025] (3)活性组分的负载
[0026] 将步骤（1)制得的催化剂载体研磨，称量6g浸渍于步骤（2)中的溶液，室温浸渍 3h，浸渍结束后将其放于烘箱中105°C干燥3h，之后450°C煅烧2h。将所得的催化剂成品用 于催化剂评价。其中钯占催化剂含量的〇. 89%。
[0027] 该催化剂在空气/甲烷（体积比）=99时，气体总空速为1800(?'催化剂用量 为I. 5g的条件下催化反应性能如下：
[0028]
【主权项】
1. 一种制备甲烷催化燃烧催化剂的方法，其特征在于催化剂载体为铁铈钴复合氧化 物，其中铈含量为90%~96%，铁含量为3%~7%，钴含量为3%~5%;活性组分为钮，其 占总催化剂百分含量的〇. 5%~2%。具体实施步骤如下： (1) 水热法制备氧化铈/三氧化二铁/氧化钴（Ce02/Fe203/Co 203)载体 a将硝酸铈、硝酸铁和硝酸钴溶于一定体积的蒸馏水中，并搅拌均匀，得到溶液A ; b向溶液A中加入沉淀剂尿素或者碳酸铵； c密封,使反应体系成为封闭体系； d升温到指定温度T，并设置在反应温度下的反应时间；一般反应温度范围为60°C~ 140°C ;-般反应时间为3~6h ; e反应结束后，待反应釜降到室温，抽滤并干燥得到催化剂载体。 (2) 钯浸渍液制备 配制一定摩尔浓度的Pd (NO3) 2溶液，取一定量的Pd (NO3) 2溶液，添加蒸馏水稀释到一定 体积，搅拌均匀。 (3) 活性组分的负载 将步骤（1)制得的催化剂载体研磨，称量一定量的催化剂浸渍于步骤（2)中的溶液，室 温浸渍2~3h，浸渍结束后将其放于烘箱中干燥，随后煅烧。最后将所得的催化剂成品用于 催化剂评价。
2. 根据权利要求1，其特征在于反应原料为铈、铁、钴和钯的硝酸盐化合物。
3. 根据权利要求1，其特征在于催化剂载体中铈含量为90%~96%，铁含量为3%~ 7%，钴含量为3%~5%。
4. 根据权利要求1，其特征在于钯占总催化剂含量的0. 5%~2%。
5. 根据权利要求1，其特征在于浸渍为等体积浸渍。
【专利摘要】本发明涉及一种制备甲烷催化燃烧催化剂的方法，属于无机材料制备领域，特别是一种水热法与浸渍法共同制备甲烷催化燃烧催化剂的方法。本发明的特征在于催化剂载体为铈铁钴复合氧化物，其中铈含量为90％～96％，铁含量为3％～7％，钴含量为3％～5％；活性组分为钯，其占总催化剂百分含量的0.5％～2％。该催化剂制备方法包括以下步骤：(1)水热法制备氧化铈/三氧化二铁/氧化钴(CeO2/Fe2O3/Co2O3)载体；(2)配置硝酸钯(Pd(NO3)2)溶液，将步骤(1)制好的催化剂载体浸渍于硝酸钯溶液，静置后干燥，经煅烧制得催化剂成品。该催化剂具有制备周期短、甲烷催化效率高、催化温度较低以及耐老化性能好等优点。
【IPC分类】B01J37-02, B01J23-89, C10L10-00
【公开号】CN104707623
【申请号】CN201310682164
【发明人】裴振昭
【申请人】裴振昭
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月16日