[发明专利]一种钙钛矿型甲烷燃烧催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种钙钛矿型甲烷燃烧催化剂及其制备方法与应用，所述催化剂包括活性组分和载体，其活性组分通式为A_1‑xA'_xB_1‑yB'_yO₃，式中A为稀土金属元素，A'为碱土金属元素，B和B'表示过渡金属元素，0≤x≤0.9，0≤y≤0.9，所述载体为以δ‑Al₂O₃、θ‑Al₂O₃或α‑Al₂O₃中至少两种晶相的球形氧化铝组成，本发明的氧化铝载体具有较大的比表面积，由此可提高活性组分在载体上的负载量，同时有利于活性组分均匀分散，防止活性组分烧结团聚，延长催化剂的使用寿命，此外，本发明的催化剂活性好，甲烷和氧气反应对CO₂的选择性高，具有起燃温度低、燃烧效率高、传质传热性能好等优点。

技术领域

本发明属于环境保护和化学化工技术领域，具体涉及一种钙钛矿型甲烷燃烧催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

环境污染和能源短缺已经成为影响我们生活的重要问题，天然气作为三大能源之一，具有储量丰富、价格低廉、使用方便和热效率高等优点，但是其主要成分甲烷燃烧温度高，采用传统的燃烧方式会产生较多的NO_x、CO、HC等污染物，并且能源利用率低。因此，为了高效、低污染的燃烧甲烷，就必须降低其燃烧温度，催化燃烧被认为是解决这一问题最有效的途径，催化燃烧可以在保证燃烧效率的情况下，降低燃烧温度，降低环境污染，催化燃烧的关键在于寻找一种高温稳定性好、催化活性高的催化剂。

目前，催化剂主要分为两大类：一类是在低温条件下催化性能好的负载型贵金属催化剂；另一类是在高温条件下催化性能好的金属氧化物催化剂，如钙钛矿型氧化物。贵金属催化剂虽然有很高的氧化活性和易回收等优点，但其资源稀少、价格昂贵和耐毒性差。钙钛矿型催化剂是具有通式为ABO₃的结晶结构的复合氧化物，其具有成本低、催化活性高、原料易得且储量丰富等优点，在化学电解、废气处理和化工等行业中有着广泛的应用。例如，中国专利文献CN 1088961A公开了一种钙钛矿型稀土复合氧化物一氧化碳燃烧催化剂，该催化剂包含钙钛矿型活性组分和载体，其活性组分通式为A_1-xA'_xB_1-yB'_yO₃，式中A代表稀土金属元素，A'代表碱土金属元素，B和B'代表过渡金属元素，0≦x≦0.9，0≦y≦0.9；所述载体为以莫来石，堇菁石，镁铝尖晶石，α-Al₂O₃为主要物相。

众所周知，一氧化碳为碳氧双键结构，稳定性差，易于氧化，一般在200℃以下时一氧化碳的转化率已经高于70％，而在温度达到240℃时，一氧化碳的转化率可达98％-100％，即一氧化碳燃烧反应的活化能低，钙钛矿型催化剂只需在很低的温度下就可以实现一氧化碳的完全氧化，然而甲烷具有稳定的正四面体结构(C-H键键能413kj/mol)，其燃烧反应活化能高，起燃温度高，一般不低于600℃，是最难以氧化的烃。因此，钙钛矿型催化剂需要具有更高的催化活性才能使甲烷完全氧化，能催化一氧化碳的钙钛矿型催化剂并不适用于催化燃烧甲烷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中钙钛矿型催化剂只适用于催化燃烧一氧化碳而不适用于催化燃烧甲烷的缺陷，进而提供一种用于催化甲烷燃烧的钙钛矿型催化剂，并进一步提供了该催化剂的制备方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种钙钛矿型甲烷燃烧催化剂，包括活性组分和氧化铝载体，其活性组分通式为A_1-xA'_xB_1-yB'_yO₃，式中A为稀土金属元素，A'为碱土金属元素，B和B'为过渡金属元素，0≤x≤0.9，0≤y≤0.9；