[发明专利]一种高稳定性催化氧化催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及了一种用于催化氧化的的高稳定催化剂及制备方法，属于催化剂的制备及其应用领域，具体而言是以稀土、碱金属、碱土金属、过渡金属元素制备的钙钛矿结构、类钙钛矿结构、尖晶石结构或者混合结构的复合氧化物为载体，无定型的纳米氧化钯为活性组分的催化氧化的催化剂，可用于CO的催化氧化、甲烷的催化燃烧、挥发性有机物的催化燃烧等。

背景技术

目前能源短缺和环境恶化等问题日益受到人们重视。催化氧化（燃烧）技术是能源高效利用和有机污染物消除的有效方法之一。开发高活性、高稳定性的催化氧化催化剂是该技术的关键。

用于催化氧化的催化剂有很多，根据活性组分的不同可分为贵金属催化剂和金属氧化物催化剂。如何提高贵金属催化剂的稳定性和金属氧化物催化剂的活性是目前催化氧化（燃烧）中的难点。其中贵金属催化剂，如Pd，具有优异的催化氧化活性，但其热稳定性较低，易高温烧结和流失；金属氧化物催化剂中，铜、钴、锰和铬的氧化物以及复合氧化物具有高的热稳定性，但其催化氧化活性相比贵金属要低。

如：氧化物催化剂中，介孔LaCoO₃表现出较高的活性，通过用硬模板法制备钙钛矿LaCoO₃催化剂，大大提高了其比表面积（96.7 m² g^-1），其起燃温度（T₁₀）和转化率为一半时（T₅₀）的温度分别为335和470 ^oC（Yangang. Wang et al. Journal of Nanoscience and Nanotechnology 8 (2008) 5652-5658.）。用介孔SBA–15作为载体负载Co₃O₄催化剂，其甲烷燃烧活性优于普通氧化硅或者氧化铝负载的钴或者锰催化剂，甲烷燃烧T₉₀温度为576 ^oC（G. Laugel et al. Catalysis Today 138 (2008) 38-42.）。虽然过渡金属氧化物的活性取得了较大进展，但与贵金属活性相比仍然差距很大。

贵金属由于其具有高活性而得到了广泛地应用，如贵金属钯催化剂在CO的催化氧化、甲烷的催化燃烧、挥发性有机物的催化燃烧等中均表现出优异的性能。在工业应用中，为了降低催化剂的成本，需在保持活性的前提下，提高催化剂的稳定性，常采用负载型钯催化剂。

对于Pd催化剂，Pd颗粒的大小严重影响到催化剂的活性，研究者发现钯的粒径越小，催化剂活性越高。较小颗粒的PdO催化剂的活性的活性比大颗粒PdO催化剂的活性高两个数量级，它们的TOF分别为0.02和1.3 s^-1（R.F. Hicks et al. Journal of Catalysis 122 (1990) 280-294.）。

专利CN201310159743公开了一种用于催化燃烧的钯基催化剂及其制备，是以贵金属钯作为催化剂，拟薄水铝石为铝源制备的中孔氧化铝为载体。其中介孔氧化铝的比表面积为200-400 m² g^-1，活性组分钯的含量为催化剂总重的0.1%-1%。

专利CN201510274648公开了一种用于催化燃烧的负载钯催化剂及制备方法。该催化剂以贵金属钯作为活性组分，助剂为稀土氧化物，碱金属和碱土金属，载体为氧化锡，其中钯含量为催化剂总重的0.1%-5%，碱金属或碱土金属的含量为3%-10%。

专利CN201110388703公开了一种低浓度反应物催化燃烧的催化剂及其制备方法。该催化剂以贵金属Pd、Pt、Ru、Ir、Rh中的一种或几种组合作为催化剂的活性组分，以Mg、La、Fe、Mn、Ni、Co、Cr、Ca金属氧化物中的至少一种作为金属氧化物共载体；利用浸渍法、均相沉淀法、共沉淀法热分解法中的任意一种方法，制备含有共载体的催化剂前体，在经过过滤、洗涤、干燥、焙烧、成型、再焙烧及还原后形成催化剂。

发明内容

本发明的目的是制备一种用于催化氧化的高稳定性、高活性的纳米氧化钯催化剂，可较低温下实现CO、甲烷等的完全氧化，并且经900-1200 ^oC高温焙烧100 h后，活性保持不变。

与已有技术相比，本发明的特点是：

（1）PdO_x颗粒小，分散度高，增强了催化剂的催化氧化活性。