[发明专利]用于甲烷催化燃烧的金属整体式催化剂及制备方法

权利要求书

1.一种用于甲烷催化燃烧的金属整体式催化剂，所述的催化燃烧反应是在300~800℃下进行的，其特征在于：该催化剂以铁基合金材料为载体，载体之上为Al₂O₃-LaMnAl₁₁O₁₉复合过渡层，复合过渡层之上为活性LaMnAl₁₁O₁₉六铝酸盐层，其中复合过渡层是由质量分数为40%~95%的Al₂O₃和质量分数为5%~60%的LaMnAl₁₁O₁₉组成，其厚度为1~8 μm，其质量占铁基合金材料质量的0.5~3%；活性LaMnAl₁₁O₁₉层的厚度为2~10μm，其质量占铁基合金材料质量的1.5~10%。

2.一种按权利要求1所述的用于甲烷催化燃烧的金属整体式催化剂制备方法，其特征在于包括以下过程：

1）铁基合金材料预处理

将厚度在0.01~1mm的铁基合金先用砂纸打磨以除去表面脏物和增加粗糙度，而后分别放在丙酮溶剂和去离子水中超声清洗10~120min，洗净后放入100 g·L^-1H₂SO₄和100 g·L^-1NaCl按照体积比为1：1配制的混合液中，在25℃~90℃下酸洗1~10min，再用去离子水洗净，置于50~200℃的烘箱中干燥0.5~6h，随后以升温速率1~20℃·min^-1升温至900~1300℃下煅烧2~10h，随炉冷却至室温取出备用；

2）Al₂O₃-LaMnAl₁₁O₁₉复合过渡层制备 

（1）氧化铝溶胶制备

将去离子水与拟薄水铝石按质量比为7~23：1混合，搅拌1h后，滴加浓度为1mol·L^-1的与去离子水体积比为0.1~0.5：1的硝酸溶液后继续搅拌3~7h，得到氧化铝溶胶；

（2）铁基合金材料涂覆氧化铝

将步骤1）中经过预处理的铁基合金材料浸没在步骤2）中的步骤（1）制备的氧化铝溶胶中2~10min取出，吹掉表面残留的过剩氧化铝溶胶，然后将其置于100~150℃烘箱中干燥1~6h，并于马弗炉中以1~20℃·min^-1的升温速率升到500~700℃焙烧0.5~3h，随炉温冷却至室温，再将铁基合金材料浸于氧化铝溶胶中依次按照取出、吹干、干燥、焙烧的过程重复进行2~5次，直至氧化铝在铁基合金材料上的负载量达到铁基合金材料自身重量的0.5~3%；

（3）LaMnAl₁₁O₁₉前驱液配制

按照LaMnAl₁₁O₁₉的中La：Mn摩尔比为1：1的比例称取相应的硝酸镧和乙酸锰，称取摩尔数为总金属离子摩尔数6倍的硝酸铵，将硝酸镧、乙酸锰和硝酸铵溶解于去离子水中，配成总金属离子浓度为0.01~1.2mol·L^-1的混合盐溶液，在搅拌下向该溶液中滴加质量浓度为0.1~9.0%的氨水直至pH值达到5~10； 

（4）LaMnAl₁₁O₁₉原位生长

将步骤（2）制得的涂有氧化铝涂层的铁基合金材料放置于步骤（3）所制的LaMnAl₁₁O₁₉前驱液中，在25~150℃下反应2~72h，取出铁基合金材料，用去离子水或pH为7的硝酸铵洗液清洗后，在50~200℃的烘箱中干燥24h，而后在马弗炉中以1~10℃·min^-1升温速率升温至900~1300℃煅烧2~10h，在铁基合金材料上得到Al₂O₃-LaMnAl₁₁O₁₉复合过渡层；

3）活性LaMnAl₁₁O₁₉六铝酸盐层涂覆：

（1）LaMnAl₁₁O₁₉粉末制备

按照LaMnAl₁₁O₁₉的中Al：La：Mn的摩尔比为11：1：1的比例称取相应的硝酸铝、硝酸镧和乙酸锰，将硝酸铝、硝酸镧和乙酸锰溶解于去离子水中，配成总金属离子浓度为0.5~2.0mol·L^-1的金属盐溶液，同时另配制摩尔浓度为0.5~2.0mol·L^-1的碳酸铵溶液，在25~150℃水浴加热并搅拌下，采用双股并流方法将金属盐溶液和碳酸铵溶液以滴加到10~150ml去离子水中，保持混合溶液pH值在5~10之间，待盐溶液沉淀完毕后保持在温度25~150℃老化1~10h，反应液进行过滤，滤饼用去离子水清洗后，在50~200℃的烘箱中干燥24h，而后在马弗炉中以1~10℃·min^-1升温速率升温至900~1300℃煅烧2~10h，得到LaMnAl₁₁O₁₉粉末催化剂；

（2）LaMnAl₁₁O₁₉浸涂液制备

将步骤（1）制备的LaMnAl₁₁O₁₉粉末分散在质量比为1：1的乙醇和乙酰丙酮混合液中，配制成质量含量为5%~20%的LaMnAl₁₁O₁₉溶液，将LaMnAl₁₁O₁₉溶液转移至球磨罐中，在100~1000rpm转速下球磨5~20h，得到LaMnAl₁₁O₁₉浸涂液；

（3）活性LaMnAl₁₁O₁₉层涂覆

将步骤2）中得到的涂覆有复合过渡层的铁基合金材料浸没在步骤3）中的步骤（2）制备的LaMnAl₁₁O₁₉浸涂液中2~10min取出，吹掉表面残留的过剩LaMnAl₁₁O₁₉浸涂液，然后将其置于100~150℃烘箱中干燥1~6h，并于马弗炉中以2~20℃·min^-1的升温速率升到700~900℃焙烧0.5~3h，随炉温冷却至室温，再将铁基合金材料浸于LaMnAl₁₁O₁₉浸涂液中依次按照取出、吹干、干燥、焙烧的过程重复进行2~5次，直至LaMnAl₁₁O₁₉在铁基合金材料上的负载量达到铁基合金材料自身重量的1.5~10%，最后在马弗炉中以1~10℃·min^-1升温速率升温至900~1300℃煅烧2~10h，得到用于甲烷催化燃烧反应的金属整体式催化剂。