[发明专利]一种锆锰掺杂六铝酸盐催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锆锰掺杂六铝酸盐催化剂的制备方法。

背景技术

用于催化燃烧的催化剂主要有贵金属负载型催化剂、金属氧化物催化剂和掺杂型六铝酸盐等。贵金属有很好的活性，但是其本身价格昂贵，限制了贵金属催化剂的进一步发展。金属氧化物催化剂的热稳定性更高、原料廉价易求，可作为贵金属的替代品，但金属氧化物系列催化剂易与载体发生高温固相反应，这限制其在高温燃烧反应中使用。六铝酸盐是由尖晶石结构单元和镜面交替堆积而成的六方层状结构的晶体。与其他燃烧催化剂相比，(1)六铝酸盐的催化活性与贵金属负载型催化剂、金属氧化物催化剂的催化活性接近，通过引入过渡金属离子或调配镜面大离子，可提高六铝酸盐催化剂活性。(2)由于在六铝酸盐的晶体结构中掺入合适的金属离子，可以部分取代四面体空隙中的Al³⁺和八面体空隙中的Al³⁺，使其稳定存在于六铝酸盐晶格中，达到活性物种的镶嵌而骨架结构不变的目的。从其晶体结构上看，无论β-Al₂O₃型还是磁铅石型六铝酸盐，均为层状结构化合物且是互成镜相的尖晶石块沿C轴堆积而成，镜面含有半径较大的阳离子，导致该层状结构化合物微晶沿着与镜面垂直的C轴方向的成长速度较为缓慢，使它具备良好的热稳定性。因此在高温下，六铝酸盐的热稳定性、机械强度及抗热冲击性能都比贵金属负载型催化剂、金属氧化物催化剂的高。(3)六铝酸盐的价格比贵金属负载型催化剂便宜，且原料易求得。由此，在掺杂型六铝酸盐就成了最富有前景的高温催化材料。锆具有高温热稳定性，而锰具有良好的催化活性，所以本发明制备了一种锆锰掺杂六铝酸盐催化剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种锆锰掺杂的六铝酸盐催化剂的制备方法。

本发明将环己烷、正丁醇、OP-10乳化剂和水按一定的体积比混合搅拌后制得反相微乳体系。采用硝酸锆、硝酸锰、硝酸铝和聚乙二醇为原料，将之混合溶解于去离子水中，而后加入配制好的反相微乳体系中，滴加一定体积比的尿素和氨水沉淀剂，生成沉淀，通过高压釜超临界干燥制得催化剂前驱体，而后在马弗炉中对该前驱体进行焙烧即得到锆锰掺杂的六铝酸盐颗粒。

配制的反相微乳体系的体积比为：10～60％环己烷，10～30％正丁醇，10～30％，OP-10乳化剂，10～30％水；硝酸锆的浓度在0.1～1mol/L，硝酸锰的浓度在0.1～1mol/L，硝酸铝的浓度在1～3mol/L，加入的聚乙二醇的量为1～5g，尿素的浓度为1～3mol/L，氨水的浓度为2～5mol/L；硝酸锆∶硝酸锰∶硝酸铝(摩尔比)为0.5～1.5∶0.5～1.5∶10～12之间，尿素∶氨水(体积比)为1∶1～1∶4之间。

工艺条件∶10～60％环己烷，10～30％正丁醇，10～30％OP-10乳化剂，10～30％水混合后加入三口烧瓶中，以600转/分钟的转速搅拌10小时，静置12小时。硝酸锆∶硝酸锰∶硝酸铝(摩尔比)为0.5～1.5∶0.5～1.5∶10～12之间，混合后在80℃恒温水浴以0.5d/s的速度滴加入反相微乳液中，加入聚乙二醇的量为1～5g。停止水浴和搅拌，静置1～3h。然后在80℃水浴中把比例为1∶1～1∶4之间的1～3mol/L尿素和2～5mol/L氨水均匀混合溶液以0.5d/s滴加入微乳液体系中，产生沉淀，直到pH为8～10。沉淀陈化24h，过滤出沉淀。沉淀用工业酒精洗涤过滤后用高压反应釜超临界干燥，压强8MPa，干燥时间2h。前驱体焙烧的时间为2～8h，焙烧温度为800～1400℃。

制备的锆锰掺杂六铝酸盐催化剂纳米颗粒特征：颗粒粒径小，分散性好，团聚少，主要形状为片状。

本发明的制备方法工艺简单、成本低廉；晶粒尺度小、高温稳定。

附图说明

图1：所制备的锆锰掺杂的六铝酸盐催化剂样品的XRD图

图2：所制备的锆锰掺杂的六铝酸盐催化剂样品的TEM图

具体实施方式

下面实施例是对本发明进一步证明，本发明不限于此。

实施例1：