一种水汽和二氧化碳气氛下氧化CO的催化剂及其制备方法与流程

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本发明涉及一种催化剂及其制备方法，特别涉及一种水汽和二氧化碳气氛下化co的催化剂及其制备方法。

背景技术：

co作为主要环境污染物之一，极易与血红蛋白结合，导致神经系统受到损害，甚至呼吸系统疾病，当空气中co浓度达到1.2％时便会在短时间内致死。此外，在石油化工中，多数烃类加工催化剂表面积碳致使催化剂催化活性降低甚至失活，此外催化剂氧化再生过程也涉及到co的催化氧化。因此有效消除co成为催化领域的重要课题之一。

co氧化反应反应过程简单且具有代表性，在科学领域常被用作研究催化剂的探针反应，在环境保护、人类生活及工业等方面中常被用于co气体探测材料、空气净化器、co防毒面具、汽车尾气处理等。但在实际应用中，反应气中通常含有水汽、二氧化碳等杂质气体将严重影响co氧化反应性能。如质子交换膜燃料电池(pemfc)作为新一代无污染能源电池，其采用氢作为能源受到人们的广泛喜爱，但是其中少量co便会使pt阳极中毒，由于在反应过程中会产生h2o以及少量co2，这样便会很难除去co。不同形貌纳米co3o4催化剂在不添加水汽情况下co转化率、稳定性都很高但是添加水汽后co转化率急剧下降，持续5h后co转化率就下降至12％，由此可见，水汽的存在严重抑制催化剂的催化性能{zengl,lik,huangf,etal.chinesejournalofcatalysis,2016,37(6):908-922.}。schubert等研究表明co2易在金属粒子或金属氧化物表面共吸附致使co吸附减弱，此外，co2也很容易在催化剂表面形成碳酸盐加速催化剂失活{markusm.schubert,akulavenugopal,etal.journalofcatalysis，2004，222，32-40.}。

目前，对于co催化氧化常用的金属有负载型贵金属催化剂和非贵金属催化剂。贵金属催化剂由于具有优良的co、o2吸附和活化性能而成为co催化氧化的首选催化剂。贵金属催化剂相比于其他类型的催化剂还具有稳定性好，使用寿命长等优点，广泛应用于各类催化反应。bergeld等研究表明，在水汽气氛条件下的co催化氧化反应，coad与oad共吸附在pt(111)对反应有促进作用，主要是因为h2o首先解离成h和oh，然后oh或h直接参与反应诱导更有利的新的反应路径{bergeldj,kasemob,chakarovdv.cooxidationonpt(111)promotedbycoadsorbedh2o[j].surfacescience,2001,495(3):815-820}。jeon等采用浸渍法制备的pt/al2o3催化剂在含有大量co2的重整气中表现出非常高的活性，这主要是由于pt的高度分散，ptox物种的易还原性以及金属pt的电子易转移；而且通过对pt/al2o3催化剂在含有co2和h2o条件下进行活性测试，发现h2o的存在加强了co-prox反应活性。h2o的促进作用主要是由于促进水汽转化反应的发生，金属态pt(pt⁰)转变为氧化态pt(ptox)和在催化剂表面羟基的形成{jeonkw,jeongdw,jangwj,etal.preferentialcooxidationoversupportedptcatalysts[j].koreanjournalofchemicalengineering,2016,33(6):1781-1787}。因此，pt基催化剂在h2o(水汽)和co2气氛下的co催化氧化领域有较强的研究价值。由此可见，反应气中含有水汽和二氧化碳等杂质气体将会影响co反应性能。

技术实现要素：

本发明主要针对co催化氧化在实际环境中存在水汽和二氧化碳等杂质气体导致催化剂易中毒失活等不足，提供一种在水汽和二氧化碳气氛下表现出高转化率、较高稳定性的氧化co的催化剂及其制备方法。

为解决该技术问题本，发明采用的技术方案为：

一种水汽和二氧化碳气氛下氧化co的催化剂，该催化剂由过渡金属ce、cu、v、ag、ca复合氧化物载体、稀土金属氧化物la2o3和贵金属pt组成，其中复合氧化物中ce、cu、v、ag、ca摩尔比为0.85：0.05：0.05：0.04：0.01；la2o3的质量百分含量为复合氧化物载体的1-3％；pt的质量百分含量为复合氧化物载体的2％。

该催化剂的制备方法为：采用浸渍法制备，以ceo2：cuo：v2o5：ag2o：cao摩尔比为0.85：0.05：0.025：0.02：0.01的复合氧化物(该复合氧化物以0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao表示)为载体分步负载la2o3和贵金属pt催化剂。首先采用溶胶凝胶法制备ceo2：cuo：v2o5：ag2o：cao摩尔比为0.7：0.1：0.025：0.025：0.1的复合氧化物(该复合氧化物以0.7ceo2-0.1cuo-0.025v2o5-0.025ag2o-0.1cao表示)复合氧化物，经硝酸处理溶解部分cu、ag和ca得到0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao复合氧化物载体。然后在0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao复合氧化物载体上负载la2o3，得到la2o3/0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao，最后在la2o3/0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao上负载贵金属pt，经水合肼还原后得到pt/la2o3/0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao催化剂。

该催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)按照ce(no3)3、cu(no3)2、voc2o4、agno3、ca(no3)2、柠檬酸摩尔比0.7：0.1：0.05：0.05：0.1：0.3称取后，加入适量去离子水溶解，再在90℃水浴搅拌至凝胶态，然后在120℃下干燥8h，650℃空气气氛下焙烧4h，制得0.7ceo2-0.1cuo-0.025v2o5-0.025ag2o-0.1cao复合氧化物。

(2)用硝酸质量百分含量为10％的硝酸溶液浸泡0.7ceo2-0.1cuo-0.025v2o5-0.025ag2o-0.1cao复合氧化物4h，然后用去离子水洗涤1次后再次用硝酸质量百分含量为10％的硝酸溶液浸泡4h，最后用去离子水洗涤4次至中性。该过程可溶解部分cu、ag和ca，之后120℃干燥8h后得0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao复合氧化物。

(3)将la(no3)3溶液加入0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao复合氧化物中，浸渍5h，接着90℃水浴炒干，100℃烘8h，400℃空气气氛下焙烧4h，得la2o3/0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao。

(4)将pt(acac)2溶液加入la2o3/0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao粉末中，浸渍5h，接着90℃水浴炒干，100℃烘8h，250℃空气气氛焙烧4h，最后用浓度为1％的水合肼溶液还原后用去离子水洗涤2次，100℃烘干，得催化剂pt-la2o3/0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao。

本发明结合溶胶凝胶法、部分金属氧化物溶出和浸渍法相结合，多组分金属(ce、cu、v、ag、ca)复合氧化物负载la2o3和pt，制备0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao复合氧化物负载pt-la2o3催化剂，研发一种在水汽和二氧化碳环境下co高氧化活性，高稳定性的催化剂。能有效改善催化剂在水汽和二氧化碳气氛下co催化氧化催化剂中毒性能，对于高水汽和二氧化碳环境下的co净化具有重要意义。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做出进一步的具体说明，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

(1)按照ce(no3)3·6h2o、cu(no3)2·3h2o、voc2o4·5h2o、agno3、ca(no3)2·4h2o、柠檬酸摩尔比0.7：0.1：0.05：0.05：0.1：0.3称取24.31gce(no3)3·6h2o、1.94gcu(no3)2·3h2o、0.98gvoc2o4·5h2o、0.68gagno3、1.89gca(no3)2·4h2o、5.04g柠檬酸溶于200ml去离子水，混合溶液在90℃水浴搅拌至凝胶状态，然后120℃干燥8h，最后650℃空气气氛下焙烧4h。得到0.7ceo2-0.1cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.1cao复合氧化物。

(2)用100ml硝酸质量百分含量为10％的硝酸溶液浸泡10g0.7ceo2-0.1cuo-0.025v2o5-0.025ag2o-0.1cao复合氧化物4h，然后用100ml去离子水洗涤后，再次用硝酸质量百分含量为10％的硝酸溶液100ml浸泡4h，最后每次用100ml去离子水洗涤4次至中性。120℃干燥8h后得0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao复合氧化物载体。

(3)按照la为0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao复合氧化物载体质量百分含量的1％，将含有0.05gla的la(no3)3溶液，用去离子水稀释至10ml，加入5g0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao复合氧化物载体中，浸渍5h，接着90℃水浴炒干，100℃烘8h，400℃空气气氛下焙烧4h，得1la2o3/0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao。

(4)按照pt为0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao复合氧化物载体质量百分含量的2％，将含有0.1gpt的pt(acac)2粉末，用乙酸乙酯溶解并稀释至10ml，加入5.05g1la2o3/0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao中，浸渍5h，接着90℃水浴炒干，100℃烘8h，250℃空气气氛焙烧4h，最后用浓度为1％的水合肼溶液50ml还原，每次用100ml去离子水洗涤2次，100℃烘干，得pt-1la2o3/0.85ceo2-0.05cuo-0.025v2o5-0.02ag2o-0.01cao催化剂。

(5)催化剂的反应性能见表1。

实施例2