[发明专利]一种用于甲烷催化燃烧的含铱双金属催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于甲烷催化燃烧的含铱双金属催化剂及其制备方法。催化剂由Ir金属或氧化物、M金属或氧化物和TiO₂、ZrO₂等载体组成，所述M为Pd、Pt、Ru或Ag等金属之一。以催化剂的重量为100%计，贵金属Ir的重量百分比为0.05~10%，金属M的重量百分比为0.05~10%。该催化剂通过在载体上分步浸渍双金属IrM的前驱体溶液或直接浸渍双金属IrM的混合前驱体溶液，经干燥和焙烧处理，得到用于甲烷燃烧的含铱基双金属催化剂。相较于现有甲烷催化燃烧催化剂，本发明所述催化剂具有制备工艺简单、低温活性高和抗水热稳定性好的特点，易于推广应用。

技术领域

本发明应用于有机气体污染物催化燃烧领域，具体地说，涉及一种用于含甲烷气体的催化燃烧的负载型含铱双金属催化剂及其制备方法。

背景技术

在能源短缺和环境污染的大背景下，大力发展天然气等绿色能源作为主要能源具有重要的社会和环境意义。天然气在开采、炼制以及作为燃料使用等过程中会导致大量难以富集再利用的低浓度甲烷排放到空气中造成环境污染。利用催化剂提高甲烷的低温催化燃烧效率来提高能源利用率和减少由甲烷造成的温室效应是解决相关问题的主要方法之一。

钯基催化剂是目前应用最广泛的甲烷催化燃烧催化剂，但仍存在低温活性不足、抗水中毒性能和热稳定性差等技术难题，亟需解决。密度泛函理论计算表明，IrO₂具有优异的CH₄化学吸附能力和与PdO相当的C-H键活化能力（The Journal of Physical ChemistryC, 2012, 116: 6367-6370），特别是在IrO₂(110)表面上，CH₄的C-H键可在极低温下发生断裂（Science, 2017, 356: 299-303）。本课题组专利技术CN11075831A也证实了铱基催化剂在甲烷催化燃烧领域中具有可代替钯基催化剂的应用潜力。然而，目前Ir催化剂在抗水中毒和水热稳定性等性能方面仍需进一步提高，以期满足实际工况要求。在铱基催化剂的改性方面，双金属间的协同作用可通过改变催化剂的电子效应和几何效应，从而影响催化剂的反应性能。Torrente-Murciano等（Catalysis Science Technology, 2017, 7: 2886-2896）的研究发现在双金属AuIr催化剂中，Ir和Au的紧密接触改变了活性位点的电子环境，有助于在较低温度下活化氧从而提高活性和抑制高温条件下贵金属抗烧结性质。然而，含铱多金属甲烷催化燃烧催化剂还未见报道。

发明内容

针对上述甲烷燃烧催化剂所面临的问题，本发明的目的是为了解决传统负载型贵金属甲烷催化燃烧催化剂稳定性差、成本高，特别是抗水热稳定性差等缺点，提供一种制备工艺简单，价格低廉，适合大规模生产的含铱双金属催化剂，从而获得具有优异低温活性和抗水热稳定性的甲烷催化燃烧催化剂。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于甲烷催化燃烧的含铱双金属催化剂，由Ir金属或氧化物、M金属或氧化物和TiO₂、ZrO₂等载体组成。所述M为Pd、Pt、Ru或Ag等金属之一。

上述用于甲烷催化燃烧的含铱双金属催化剂中，催化剂的重量以100%计，贵金属Ir的重量百分比为0.01~10%，金属M的重量百分比为0.01~10%。

上述用于甲烷催化燃烧的含铱双金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将铱金属前驱体溶液和M金属前驱体溶液分步负载在载体上，或者将铱金属前驱体溶液和M金属前驱体溶液先按比例混合再负载在载体上，优选等体积浸渍法；

（2）将步骤（1）所制样品在空气中干燥后在空气气氛中焙烧或者在氢气气氛中煅烧或者先在空气气氛中焙烧再在氢气气氛中煅烧，得到用于甲烷催化燃烧的含铱双金属催化剂。