[发明专利]一种多孔铈基复合催化氧化CO催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种多孔铈基复合催化氧化CO催化剂及其制备方法与应用，属于大气污染治理领域。本发明采用溶剂热法，以尿素为沉淀剂，以阴离子表面活性剂为孔道结构导向剂，将活性组分和载体组分在高温高压条件下组装形成具有多孔结构金属复合前驱体，最终经过高温焙烧，得到高比表面的多孔铜铈锆复合氧化物催化剂。本发明催化剂暴露出较多催化活性位，提升缺陷和氧空位的浓度，保证了催化剂在较低温度下具有高效稳定的催化氧化CO性能，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种多孔铈基复合催化氧化CO催化剂及其制备方法与应用，属于大气污染治理领域。

背景技术

针对CO的催化氧化反应，贵金属催化剂表现出高效稳定的催化氧化CO性能，但是贵金属催化剂成本高，抗中毒能力低，限制了其规模化应用。相较贵金属催化剂而言，非贵金属氧化物催化剂具有原料储量大，价格低廉等优势。

目前，特定晶面暴露的纳米四氧化三钴可以在低温条件下可以表现出高效的CO催化氧化活性，但是其受到水汽条件的影响，稳定性较低。因此，当前非贵金属氧化物难以替代贵金属催化剂。研究发现铜铈氧化物催化剂，在中低温度条件下表现出高效的催化活性。通过铜与铈的复合，能够充分发挥铜与铈之间的协同效应，在催化剂表面形成比单一铜催化剂或铈催化剂更多的CO催化活性位点。而将氧化物复合制备成纳米微粒，能够增加催化剂比表面积、提高氧迁移率，进一步提高催化剂催化CO的活性。铜铈氧化物催化剂常用的制备方法包含浸渍法、机械混合法、模板法等。Appl.Catal.B Environ.2018 230:18-28文章中报道了以铈源前驱体为载体，浸渍Cu²⁺离子，再经过焙烧得到铜铈复合氧化物催化剂，该催化剂可应用于CO催化氧化；201610874791.X公开了一种铜铈复合氧化材料的制备方法，但需要精确调控反应条件，然后焙烧去除有机框架来实现多孔结构，增加材料比表面积；CN112264027B公开了机械混合法制备铜铈复合氧化物的方法，但活性组分分散度的进一步提高比较困难。上述方法制备铜铈复合氧化物材料时，活性组分均匀性和催化剂的孔道结构难以调控，并且浸渍法制备的催化剂比表面积受限于载体；而模板法虽然能够增大材料比表面积，但需要采用特定的有机配体预先生成金属-有机骨架前驱体，再高温焙烧去除掉有机配体，制备过程复杂，产量低，限制了其工业应用。因此，开发高效、稳定的催化氧化CO催化剂成为CO治理的重点。

发明内容

基于目前非贵金属催化氧化CO催化剂的低温活性低、稳定性低、抗中毒能力差等问题，本发明的目的在于提供了一种多孔铈基复合催化氧化CO催化剂及其制备方法与应用，该复合催化氧化CO催化剂具有多级孔道结构，暴露出大量的活性位和氧空位，在较低温度(如140℃)条件下具有较好的催化氧化CO性能，该方法制备工艺简单、成本低，适于规模化应用。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种多孔铈基复合催化氧化CO催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铈盐、铜盐和锆盐加到溶剂中搅拌至分散均匀，得混合液1；

(2)将沉淀剂和阴离子表面活性剂加到溶剂中搅拌溶解，得混合液2；

(3)将混合液1添加到混合液2中，搅拌混合均匀，得到混合溶液3；

(4)将混合液3在反应釜中反应10-30小时；

(5)将步骤(4)反应后的混合液，离心、洗涤、干燥，得到多孔结构金属复合前驱体；

(6)将多孔结构金属复合前驱体在高温热解1.5-5小时，得多孔铈基复合催化氧化CO催化剂。

优选的是，步骤(1)的铈盐为氯化铈，铜盐为乙酸铜，锆盐为四氯化锆，铈盐、铜盐和锆盐的摩尔比为0.5～1：0.1～0.5：1；步骤(2)的沉淀剂为尿素，阴离子表面活性剂为十六烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠中的一种。