[发明专利]负载型铂催化剂的铂颗粒稳定化处理方法

说明书

技术领域

本发明属于工业催化剂领域，具体地，涉及一种负载型铂催化剂的铂颗粒稳定化处理方法；以负载型铂催化剂为原料，将载体上的铂颗粒进行稳定化处理，使之转化成为具有强的抗高温烧结能力的负载型铂催化剂。

背景技术

金属铂(Pt)基催化剂在多相催化领域，尤其是石油化工工业催化过程中具有非常重要的地位，常用于加氢、脱氢、氧化、电催化等具有较大工业规模的生产过程和实验室研究。由于铂价格昂贵，因此通常将铂催化剂制备成多孔性载体负载型催化剂，铂金属以纳米颗粒的形式分散在载体表面。催化剂上纳米铂颗粒的尺寸越小，则其裸露铂原子的重量所占比例就越大，催化活性就越高。然而负载型铂催化剂在工业生产或者实验研究过程中，其催化性能往往随着使用时间的延长而逐渐降低，甚至最终基本失活。高温条件下铂金属组分的烧结是失活的一个重要来源，而且这种失活是不可逆的，原因在于由于高温条件易导致铂原子在载体表面发生迁移并聚集，使得铂颗粒的平均尺寸增加，因此裸露铂原子的数目减少。

如果可以找到一种低成本的提高负载型金属铂催化剂抗高温烧结的方法，那么该方法将对铂催化剂催化活性的保持时间有明显益处，从而大大延长工业生产中更换催化剂的周期，有助于降低工艺操作和催化剂材料成本。然而从目前关于铂催化剂制备的文献报道和公开专利上看，还未能很好地实现这一点。

专利文献CN1994560A公开了一种碳化钨负载铂催化剂的制备方法；催化剂为介孔结构空心球状颗粒。通过偏钨酸铵和铂金属盐的水溶液进行喷雾干燥一步获得空心球状物，而后加以焙烧、还原等常规过程。制备工艺简单，工艺控制简捷。然而该发明未报到对负载型催化剂的进一步的稳定化处理过程，其抗高温烧结能力也无法得知。

美国专利US4137373A公开了一种多孔性碳材料负载的铂催化剂制备方法，其发明人发现该铂催化剂相对于以前来说铂的结晶性得到提高，从而有利于其在燃料电池中的应用。该发明没有报道对负载型催化剂进一步的稳定化处理，因此也无法得知其高温稳定性。

因此，无论从工业生产还是实验室的使用实践上看，目前还缺乏一种低成本的提高负载型金属铂催化剂抗高温烧结的方法。

发明内容

为了克服现技术中所存在的不足，本发明针对负载型铂催化剂，提供一种将铂颗粒进行稳定化的处理方法，期待通过执行稳定化处理，负载型铂催化剂上的铂颗粒抗高温烧结能力得到明显的提高。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

负载型铂催化剂的铂颗粒稳定化处理方法，以负载型铂催化剂为原料，进行稳定化处理，具体包含以下几个步骤：

步骤1、原料准备；

步骤2、第一次氧-氢焙烧；

步骤3、硫源溶液浸泡；

步骤4、蒸发；

步骤5、硅源溶液浸渍；

步骤6、水解；

步骤7、第二次氧-氢焙烧。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

(1)、众多实施例和比较例结果表明，经过本发明所述稳定化处理方法处理的负载型铂催化剂，在高温(600～900℃)、不同气氛、长时间使用时，其表面上的金属铂颗粒的抗烧结能力大大提高。而未经处理的负载型铂催化剂，在相同使用条件下，其表面上的铂颗粒烧结现象明显。强的抗高温烧结能力，将使得由执行本发明方案所得的产品具有良好的催化应用前景。

(2)、与原子层沉积处理方法相比，本发明的技术方案中只需要使用普通设备，而前者则需要昂贵的真空设备和其它操作成本。对于小规模生产来说，前者的设备成本至少在100万元以上，而本发明的技术方案中的设备成本可以控制在0.8万元以内。

(3)、本发明的各步骤操作比较简单，适合于规模化生产和工业化应用。

具体实施方式

负载型铂催化剂的铂颗粒稳定化处理方法，以负载型铂催化剂为原料，进行稳定化处理，具体包含以下几个步骤：

步骤1、原料准备；具体要求如下：

负载型铂催化剂，负载型铂催化剂包含催化剂载体和载体上的活性金属；催化剂载体为Al₂O₃、SiO₂、MgO、TiO₂、ZrO₂、水滑石或无定形硅酸铝中的一种或者多种的混合物；活性金属组分为铂，负载型铂催化剂中铂的负载量为1～15wt％；负载型铂催化剂为颗粒状，颗粒大小为10～200目。