[发明专利]一种用于甲烷催化燃烧的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催化剂及其制备方法，属于催化剂制备技术领域，所述制备方法包括：将锰盐和铜盐溶于水中，得到第一混合溶液；将所述第一混合溶液滴加至碳酸钾溶液中进行第一搅拌反应，得到第二混合溶液；将高锰酸钾溶液滴加至所述第二混合溶液中进行第二搅拌反应，得到沉淀物；将所述沉淀物进行洗涤和干燥，后进行焙烧，得到用于甲烷催化燃烧的催化剂。本发明提供的催化剂具有优异的低温氧化性能和稳定性，可实现低浓度甲烷的利用或后处理，并最终可以实现工业化应用。同时其制备工艺简单、低温效率高、适用温度低，后续可用于涂覆式整体型催化剂或者压片成型，具有工业应用的价值。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，具体而言，涉及一种用于甲烷催化燃烧的催化剂及其制备方法。

背景技术

甲烷是导致全球温室效应主要的气体之一，虽然大气层中甲烷浓度要远低于二氧化碳，但是甲烷的温室效应是二氧化碳的80多倍，对全球变暖的贡献率高达30％。如果在未来30年内减少50％的甲烷排放，将有助于在2050年前让全球平均气温下降0.2℃。部分工业设备如高温燃料电池发电系统、天然气电站以及矿井通风排放的瓦斯气，甲烷体积分数均低于1％。直接燃烧低浓度甲烷所需温度一般大于1500℃，且容易产生NO_x等大气污染物。因此，低浓度甲烷利用或者处理的最为经济有效的技术是催化燃烧，可以大大降低甲烷燃烧的温度，该技术的核心是开发高效稳定、价格低廉的催化剂。

根据活性组分的不同，甲烷催化燃烧的催化剂可分为贵金属催化剂和非贵金属催化剂。Pt、Pd、Au等为主要活性组分的贵金属催化剂具有优良的低温催化甲烷燃烧性能，例如专利CN104888804A公开了一种用于低浓度甲烷低温催化燃烧催化剂，由贵金属Pd、助催化剂和氧化铝载体组成，钯负载量低，稳定性高，但是焙烧温度高于600℃，甲烷在400℃以上才能达到90％转化率(T₉₀400℃)，并且贵金属催化剂易中毒、价格昂贵，增加了需求设备的运行成本。过渡金属氧化物催化剂，如MnO_x、CeO₂、CuO、CoO_x及其复合氧化物，价格低廉、热稳定性高，对甲烷、VOCs、CO等物质均具有良好的催化燃烧性能，但是过渡金属氧化物催化剂的低温催化活性仍有待提高。

尖晶石型、钙钛矿型、六铝酸盐型等复合金属氧化物催化剂是研究较为关注的过渡金属氧化物，具有一定的催化甲烷燃烧能力。例如专利CN112691702A公开了一种钙钛矿型甲烷燃烧催化剂，主要成分是钛硅分子筛、镧、锶、钴、镍，具有优良的热稳定性，但甲烷起燃温度在400℃以上，并且T₉₀高于600℃。专利CN114984959A公开了一种甲烷催化燃烧铜钴尖晶石催化剂，T₉₀温度约为450℃，但是比表面积低于30m²/g，难以获得更优良的甲烷低温催化燃烧性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于甲烷催化燃烧的催化剂及其制备方法，以解决现有用于甲烷催化燃烧的催化剂存在的低温催化燃烧性能差的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种用于甲烷催化燃烧的催化剂的制备方法，所述制备方法包括：

将锰盐和铜盐溶于水中，得到第一混合溶液；

将所述第一混合溶液滴加至碳酸钾溶液中进行第一搅拌反应，得到第二混合溶液；

将高锰酸钾溶液滴加至所述第二混合溶液中进行第二搅拌反应，得到沉淀物；

将所述沉淀物进行洗涤和干燥，后进行焙烧，得到用于甲烷催化燃烧的催化剂；

其中，所述铜盐中Cu元素和所述锰盐中Mn元素的摩尔比为(0.1-0.3):1。

进一步地，所述焙烧的工作参数包括：焙烧温度为300-400℃，焙烧时间为2-4小时。