[发明专利]一种核壳结构催化燃烧催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种核壳结构催化燃烧催化剂及其制备方法，包括催化剂载体以及负载于催化剂载体中的活性组分，所述活性组分为核壳结构，其核芯为纳米氧化钯，外壳为介孔SiO₂，还包括CuO、MnO₂、NiO、Fe₂O₃其中的一种或者多种。由于外层耐高温粒子的包裹作用，Pd粒子在高温条件下可以保持原有形态，贵金属的组分流失和聚集长大现象得到有效抑制。另一方面，外层粒子中所富含的脱硫化合物可以将原料中的硫化物吸附在其表面，一定程度上缓解了内核Pd粒子的硫中毒。本发明所涉及的贵金属催化剂表现出较强的高温稳定性和抗硫性，可用于工业应用。

技术领域

本发明涉及催化燃烧催化剂技术领域，特别是涉及一种将核壳结构的活性组分负载于催化剂载体中制备成一种高效的催化燃烧的催化剂。

背景技术

天然气是一种来源广泛的气体，主要通过燃烧的方式被利用。传统的火焰燃烧过程中会形成NO_X造成酸雨和光化学烟雾，不完全燃烧后产生的CO会造成环境危害，由于燃烧过程中可见光的释放，能源利用率低。在催化剂的作用下发生低温无焰燃烧可以避免上述问题，提高能源利用率，安全环保。

催化燃烧催化剂主要有贵金属催化剂和非贵金属催化剂两类，其中贵金属催化剂在甲烷催化燃烧中由于其低温起燃活性而被广泛应用，同时贵金属催化剂还可以应用于其他易挥发有机物的催化燃烧中。然而贵金属催化剂在使用过程中存在高温条件下活性组分容易流失、聚集长大以及硫中毒失活的现象。

开发高温条件下稳定以及抗硫失活的催化剂是贵金属催化剂是进一步工业应用的关键。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供了一种高温条件下活性稳定且抗硫失活能力强的催化燃烧催化剂，其是将含活性组分的核壳结构负载于催化剂载体上，活性组分由于被外层粒子包裹，避免了活性组分的流失以及团聚现象，充分提高了催化剂在高温条件下的稳定性，同时壳层中的金属氧化物能够吸附甲烷中微量的硫化物，从而提高了催化剂的抗硫稳定性。

本发明的另一目的是提供了该催化剂的制备方法。

本发明催化剂包括催化剂载体以及负载于催化剂载体上的活性组分，所述活性组分为核壳结构，其核芯为纳米氧化钯，外壳为介孔SiO₂，还包括CuO、MnO₂、NiO、Fe₂O₃其中的一种或者多种。

优选的，所述催化剂载体为γ-Al₂O₃。

优选的，所述催化剂中氧化钯的含量为0.1wt％-1.5wt％。

本发明催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)钯溶液的配制，将含钯化合物溶解在稀酸溶液中，搅拌均匀至固体完全溶解，得到钯浓度为10mol·L^-1红褐色溶液；然后采用碱将溶液pH调整至7.0，即得到浓度为10mol·L^-1的钯溶液；

2)Pd纳米粒子溶胶的制备，十六烷基三甲基溴化铵置于去离子水中，并经加热溶解后制成浓度为0.1-0.2mol·L^-1的十六烷基三甲基溴化铵溶液，然后称取9mL步骤1)制备的钯溶液，将其加入到40ml的十六烷基三甲基溴化铵溶液中，快速搅拌5min后，再滴加0.03mol·L^-1的NaBH₄溶液至溶液颜色变为灰黑色，停止滴加后将溶液在50℃水浴中继续搅拌1-2h，使过量的NaBH₄分解，得到Pd纳米粒子溶胶；