专利名称：一种负载型室温燃烧催化剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种室温燃烧催化剂的制备方法，具体地说涉及一种以贵金属为活性组分，以各种氧化物、活性炭等为载体的催化剂该催化剂可以在室温下使甲醇燃烧，且可用于其他醇类、醛类、烷烃类、一氧化碳、氢气等的催化燃烧。
背景技术：
随着社会的发展与进步，世界能源消费的增长与资源匮乏之间的矛盾日趋尖锐，因此，传统能源利用技术的革新成为备受关注的焦点问题。催化燃烧作为传统能源的新型利用技术，已经引起学术界和工业界的普遍重视。与火焰燃烧相比，催化燃烧主要具有以下优点1)起燃温度低，容易实现稳定燃烧；2)有利于提高燃烧效率，降低污染物的排放；3)可在较大的燃气比范围内使用；4)噪音 低。正是由于具备上述优点，催化燃烧既是一种能耗低，效率高，环境友好的有机废弃物治理技术，也是能源利用的最佳途径之一。对于催化燃烧反应，研究较多的有甲烷催化燃烧、一氧化碳催化燃烧、挥发性有机物(VOC)(如甲醇、苯、甲苯、二甲苯、丙酮、乙酸乙酯等)的催化燃烧，挥发性含氯有机物(CVOC)(如氯苯、三氯乙烯等)的催化燃烧。在甲烧催化燃烧反应中,研究较多的为钮催化剂。如文献(Carrazdin et al, CatalToday. 112 (2006) 161)中，当(CH4 / O2 / CO2 /He = I / 10 / 3 / 86, V / V /V/ V)的质量空速为1，875 m3 / g / h时，甲烷完全转化的温度约为500 °C，而文献(Wang etal, Chin J Catal. 29 (2008) 1043)中，当(CH4 / O2 / N2 = I / 4 /45，V / V / V)的体积空速为48，000 IT1时，甲烷完全转化的温度约为350 °C。在一氧化碳催化燃烧反应中，研究较多的为钼、钯、金等催化剂，其中负载型金催化剂在摄氏零度以下就具有非常高的活性，如文献(Yan et al, J Am Chem Soc. 127(2005) 10480)中，当(CO /Air = I / 100,V / V)的流速为 37 cm3 / min 时，50 mg 负载
型金催化剂上一氧化碳完全转化的温度为-20 °C左右。在VOC和CVOC的催化燃烧反应中，负载型钯、钼、铑、钌等贵金属催化剂以其良好的低温起燃性能得到广泛研究，其催化活性因催化剂和反应物种类的不同而不同。如文献(Guillemot et al, Catal Lett. 40 (1996) 175)中，当通过 VOC 和 CVOC 饱和汽(N2 /O2 = I / 4，V / V)的空速为30，600 IT1时，四氯乙烯和甲基乙基酮在I. 2 % Pt/HFAU和I % Pt/NaX催化剂上完全燃烧的温度分别为500和220 °C。在所有的燃烧反应中，关于甲醇催化燃烧尤其是室温条件下的催化燃烧研究者较少，在甲醇催化燃烧反应中，钯和钼催化剂研究的较多，如文献(la Pefia O’Shea et al,Appl Catal B: Environ. 57 (2005) 191)中，当(122. 9 ml/min N2+ 29. 9 ml / min O2+ 0.34 ml /min CO)通过甲醇饱和器后，甲醇在0. I g含钯催化剂上完全转化温度为80
°C左右。综上，贵金属对催化燃烧反应具有更高的活性。最常用的负载型贵金属催化剂的制备方法为初湿浸溃一氢气还原法，这种方法的缺点是氢气的可燃性使得还原操作更为复杂且金属的还原程度不易控制。因此，开发简便易行的催化剂制备方法非常必要。
发明内容
针对初湿浸溃一氢气还原法制备负载型贵金属催化剂所存在的问题，我们公开了一种新的催化剂制备发方法初湿浸溃一有机化合物还原法。该方法克服了初湿浸溃一氢气还原法中还原操作比较复杂且危险性较大的缺点，制备的催化剂活性较高，具有更广阔的应用前景。本发明采用的技术路线是先利用贵金属的盐溶液对金属氧化物载体进行浸溃，再利用有机化合物对金属盐进行还原。还原反应所需要的能量既可以通过体系外加热设备来提供，也可以通过体系内还原剂的燃烧来提供。后者更为简单，只需要5 min就可以完成。 本发明一种负载型室温燃烧催化剂的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤
a.取一定量的有机贵金属盐溶解于一定量的有机溶剂中，有机贵金属盐为乙酰丙酮钼 或乙酰丙酮钯中的任一种；有机溶剂为丙酮；将其配制成浓度为1.0 2.0 mg/ml的
溶液；
b.在上述的乙酰丙酮钼或乙酰丙酮钯的溶液中，加入一定量的载体物质，载体物质为 氧化铝或氧化钛金属氧化物；在该体系中控制贵金属活性组分的质量百分含量为0. 05
2.0 %;有机贵金属盐溶液与载体物质的配比计量关系为每I ml有机贵金属盐溶液中相应地加入0. I 0. 15 g的载体物质；
c.采用初湿浸溃一有机化合物还原法制备燃烧催化剂将上述体系均匀搅拌后超声20 30 min，并在室温条件下干燥6 8小时；然后将其压片并粉碎至20 40目；
d.将上述所得颗粒物质置于管式电阻炉中，以惰性气体做载气，将有机还原剂的饱和蒸汽带入上述催化剂体系中，使发生还原反应；所述的有机还原剂为甲醇、甲醛或丙酮中的任一种；气体流量为40 50 ml/min ;升温速率为2 °C/min ;加热至220 1后，保温I小时，然后降至室温，即制得室温燃烧催化剂。所述的有机还原剂除了上述可由惰性气体将有机还原剂的饱和蒸汽带入催化剂体系中使发生还原反应外，也可以将有机还原剂液体直接加入催化剂体系进行点燃操作；前者还原过程中所需能量由体系外的加热装置提供；后者还原过程所需能量由体系内还原剂自身的燃烧提供。本发明的优点在于催化剂的制备方法简单安全，催化剂的活性高。
具体实施例方式实施例I
将乙酰丙酮钼溶解于一定量的丙酮中，配成浓度为I. 081 mg/ml的溶液，在18. 5 ml乙酰丙酮钼的丙酮溶液中加入2 g Al2O3粉末，均匀搅拌后超声浸溃20 min，在室温条件下真空干燥6小时，最后将其压片并粉碎至20 40目，将催化剂颗粒置于管式电阻炉中，以惰性气体做载气，利用甲醇的饱和蒸汽还原，气体流量为40 ml/min，程序升温(升温速率为2°C/min)至220 °C后保持I小时，降温，即制得催化剂。催化剂检测试验将制得的催化剂置于反应器中，通入空气和甲醇蒸汽的混合气进行反应，催化剂用量为0. 2 g，空气流量为100 ml/min，甲醇含量为其饱和蒸汽，反应器温度为27 °C，利用气相色谱仪在线测得该催化剂上甲醇的转化率为99 %。实施例2
将乙酰丙酮钼溶解于一定量的丙酮中，配成浓度为I. 081 mg/ml的溶液，在18. 5 ml乙酰丙酮钼的丙酮溶液中加入2 g Al2O3粉末，均匀搅拌后超声浸溃20 min，在室温条件下真空干燥6小时，最后将其压片并粉碎至20 40目，将催化剂颗粒置于管式电阻炉中，以惰性气体做载气，利用甲醛的饱和蒸汽还原，气体流量为40 ml/min，程序升温(升温速率为2°C/min)至220 °C后保持I小时，降温，即制得催化剂。催化剂检测试验将制得的催化剂置于反应器中，通入空气和甲醇蒸汽的混合气进行反应，催化剂用量为0. 2 g，空气流量为100 ml/min，甲醇含量为其饱和蒸汽，反应器温度为27 °C，利用气相色谱仪在线测得该催化剂上甲醇的转化率为94 %。实施例3
将乙酰丙酮钼溶解于一定量的丙酮中，配成浓度为I. 081 mg/ml的溶液，在18. 5 ml乙酰丙酮钼的丙酮溶液中加入2 g Al2O3粉末，均匀搅拌后超声浸溃20 min，在室温条件下真空干燥6小时，最后将其压片并粉碎至20 40目，将催化剂颗粒置于管式电阻炉中，以惰性气体做载气，利用乙醇的饱和蒸汽还原，气体流量为40 ml/min，程序升温(升温速率为2°C/min)至220 °C后保持I小时，降温，即制得催化剂。催化剂检测试验将制得的催化剂置于反应器中，通入空气和甲醇蒸汽的混合气进行反应，催化剂用量为0. 2 g，空气流量为100 ml/min，甲醇含量为其饱和蒸汽，反应器温度为27 °C，利用气相色谱仪在线测得该催化剂上甲醇的转化率为88 %。实施例4
将乙酰丙酮钼溶解于一定量的丙酮中，配成浓度为I. 081 mg/ml的溶液，在18. 5 ml乙酰丙酮钼的丙酮溶液中加入2 g Al2O3粉末，均匀搅拌后超声浸溃20 min，在室温条件下真空干燥6小时，最后将其压片并粉碎至20 40目，将催化剂颗粒置于管式电阻炉中，以惰性气体做载气，利用丙酮的饱和蒸汽还原，气体流量为40 ml/min，程序升温(升温速率为2°C/min)至220 °C后保持I小时，降温，即制得催化剂。催化剂检测试验将制得的催化剂置于反应器中，通入空气和甲醇蒸汽的混合气进行反应，催化剂用量为0. 2 g，空气流量为100 ml/min，甲醇含量为其饱和蒸汽，反应器温度为27 °C，利用气相色谱仪在线测得该催化剂上甲醇的转化率为80 %。实施例5
将乙酰丙酮钼溶解于丙酮中，配成浓度为I. 081 mg/ml的溶液，在18. 5 ml乙酰丙酮钼的丙酮溶液中加入2 g Al2O3纤维，摇至均匀后加入甲醇点燃至甲醇燃烧完全，即制得催化齐U。催化剂检测试验将制得的催化剂置于反应器中，通入空气和甲醇蒸汽的混合气进行反应，催化剂用量为0.2 g，空气流量为100 ml/min，甲醇含量为其饱和蒸汽，反应器温度为27°C，利用气相色谱仪在线测得该催化剂上甲醇的转化率为70 %。将该催化剂室温下置于甲醇溶液上方，从溶液中挥发出来的甲醇蒸汽可以在催化剂上发生燃烧，燃烧所释放出的热量可以使氧化铝纤维变红。
权利要求
1.一种负载型室温燃烧催化剂的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤 a.取一定量的有机贵金属盐溶解于一定量的有机溶剂中，有机贵金属盐为乙酰丙酮钼 或乙酰丙酮钯中的任一种；有机溶剂为丙酮；将其配制成浓度为I. O 2.0 mg/ml的溶液； b.在上述的乙酰丙酮钼或乙酰丙酮钯的溶液中，加入一定量的载体物质，载体物质为 氧化铝或氧化钛金属氧化物；在该体系中控制贵金属活性组分的质量百分含量为0. 05 2.0 %;有机贵金属盐溶液与载体物质的配比计量关系为每I ml有机贵金属盐溶液中相应地加入0. I 0. 15 g的载体物质； c.采用初湿浸溃一有机还原剂还原法制备燃烧催化剂将上述体系均匀搅拌后超声20 30 min，并在室温条件下干燥6 8小时；然后将其压片并粉碎至20 40目； d.将上述所得颗粒物质置于管式电阻炉中，以惰性气体做载气，将有机还原剂的饱和蒸汽带入上述催化剂体系中，使发生还原反应；所述的有机还原剂为甲醇、甲醛或丙酮中的任一种；气体流量为40 50 ml/min ;升温速率为2 °C/min ;加热至220 1后，保温I小时，然后降至室温，即制得室温燃烧催化剂。
2.根据权利要求I所述的一种负载型室温燃烧催化剂的制备方法，其特征在于所述的有机还原剂除了上述可由惰性气体将有机还原剂的饱和蒸汽带入催化剂体系中使发生还原反应外，也可以将有机还原剂液体直接加入催化剂体系进行点燃操作；前者还原过程中所需能量由体系外的加热装置提供；后者还原过程所需能量由体系内还原剂自身的燃烧提供。
全文摘要
本发明公开了一种负载型室温燃烧催化剂的制备方法，它为一种初湿浸渍—有机化合物还原法，利用该方法来制备负载型室温燃烧催化剂。初湿浸渍—有机化合物还原法克服了传统的初湿浸渍—氢气还原法中因氢气的爆炸性引起的还原操作复杂及金属还原度不易控制的缺点。利用该方法制备的负载型室温燃烧催化剂的活性组分为贵金属中的一种或几种，载体为氧化物、活性炭中的一种。该催化剂具有非常高的催化燃烧活性，可以在室温甚至更低的温度下使醇类、醛类、烷烃类、一氧化碳、氢气等轻易地燃烧。
文档编号C10L1/12GK102764646SQ20121022548
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者张春, 王晓红, 胡志宇 申请人:上海大学