[发明专利]一种复合尖晶石型催化剂的制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂制备技术领域，公开了一种复合尖晶石型催化剂的制备方法，采用溶胶凝胶法制备出复合尖晶石型催化剂，含尖晶石ZnCr₂O₄80％含SiO₂20％的复合尖晶石型催化剂ZnCr₂O₄‑SiO₂，并将其应用于在固定床反应器中进行的风排瓦斯气催化燃烧反应。本发明的复合尖晶石型催化剂制备方法简单，成本低廉，将该催化剂应用于风排瓦斯气催化燃烧反应有较好的催化活性和稳定性，其T₁₀、T₅₀、T₉₀分别为225℃、294℃、348℃。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，更具体的说是涉及一种复合尖晶石型催化剂的制备方法和应用。

背景技术

到2020年，全球人为甲烷排放量估计可相当于93.9亿公吨CO₂的量，这些排放中大约有54％来自全球甲烷行动(GMI)所针对的五个来源：煤矿、石油和天然甲烷系统、农业(粪便管理)、城市固体废物和废水。与过去20年相比，大气中甲烷浓度的增加速度显著增加。几十年来，甲烷一直被认为是地下矿井中的主要危害之一，需要谨慎注意和处理，特别是在煤层中产生高甲烷浓度的矿井(瓦斯矿井)中，在矿藏挖掘过程中会不断产出甲烷，若是这种甲烷排放不加以适当处理，将积聚在采煤工作面中，对采矿人员和采矿作业构成风险，甚至会导致致命事故，因此往往通过安装大型通风系统以供应过量的新鲜空气以此来降低甲烷气的含量维持矿工的安全运行条件，并将这些被污染的空气引导至主通风井最终送到地面。然而这种被稀释的甲烷(通常称为风排瓦斯气(VAM))由于其甲烷浓度低(大多数低于2％)，且没有经济价值，因此会被直接排放到大气中，随着甲烷排放量逐年增长，越来越多的人担心VAM的直接排放可能会导致温室气体在大气中形成积累，并且浪费了大量的替代燃料能源，损失了巨大的经济效益，因此如何提高低浓度风排瓦斯气的利用率是我们目前所研究的关键。

目前对于风排瓦斯气(VAM)的再利用技术可分为两大类，即辅助用途和主要用途。前者是指将VAM用作锅炉，涡轮机和内燃机的助燃空气，后者与使用VAM作为主要燃料以通过催化氧化产生能量有关。但是，甲烷被认为是最稳定的碳氢化合物，难以氧化，即使在昂贵的基于Pt或Pd的催化剂上，其催化点火也需要相对较高的温度。

因此，如何提供一种低成本且催化反应温度合适的复合尖晶石型催化剂是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种成本低廉、制备方法简单的复合尖晶石型催化剂的制备方法，所制备得到的复合尖晶石型催化剂具有良好的催化活性，将其应用于风排瓦斯气的催化燃烧反应可有效降低甲烷的完全转化温度，具有良好的热稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种复合尖晶石型催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取Cr(NO₃)₃·9H₂O、Zn(NO₃)₃·6H₂O、SiO₂和柠檬酸，溶于乙醇水溶剂中，搅拌至溶解完全，得到混合液；

(2)将步骤(1)得到的混合液置于恒温水浴锅中加热，充分搅拌后得到湿凝胶；

(3)将所述湿凝胶在室温下老化2h，然后放入电热恒温箱中进行恒温干燥，得到干燥凝胶；

(4)将所述干燥凝胶研磨成粉状，在马弗炉中焙烧，即得到复合尖晶石型ZnCr₂O₄-SiO₂催化剂。