專利名稱：：一種甲烷催化燃燒的銅鈰固溶體催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種甲烷低溫催化燃燒的催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
：天然氣由于其清潔性、經(jīng)濟(jì)性、方便性、用途廣泛性和高效性等方面的稟賦優(yōu)勢(shì)，在越來越多的領(lǐng)域代替煤炭或石油，成為提高人類生活質(zhì)量、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的清潔能源。天然氣主要成分是甲燒，傳統(tǒng)的燃燒方式，燃燒溫度高(1600°C)，不僅產(chǎn)生大量NOx，而且甲烷燃燒不完全，從而造成環(huán)境污染。催化燃燒作為能源利用的一種方法，正被廣泛研究。催化燃燒是一種無焰燃燒，具有很高的燃燒效率與能量利用率，工作溫度較低，因而大幅度抑制了NOx的生成，未燃物的排放大大降低，在稀薄狀況下亦可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定燃燒。同時(shí)，較低的燃燒溫度可以避免催化劑的燒結(jié)，因而高效和穩(wěn)定性好的催化劑成為甲烷催化燃燒的關(guān)鍵。目前，用于甲烷催化燃燒的催化劑以負(fù)載型貴金屬(活性組分為Pd、Pt、Rh等貴金屬)、鈣鈦礦型復(fù)合金屬氧化物和負(fù)載型過渡金屬氧化物催化劑最為普遍。負(fù)載型貴金屬是性能最好的甲烷催化燃燒催化劑，但由于貴金屬的價(jià)格昂貴、易流失、熱穩(wěn)定性較差，難以大規(guī)模應(yīng)用。鈣鈦礦型復(fù)合金屬氧化物和負(fù)載型過渡金屬氧化物催化劑的熱穩(wěn)定性較好，但其低溫反應(yīng)活性較差。CeO2由于具有優(yōu)異的儲(chǔ)放氧能力和氧化還原性能被廣泛應(yīng)用于多種催化劑中，如三效催化劑、燃燒催化劑、水蒸汽重整反應(yīng)催化劑等。Cu作為催化劑常用的活性組分，廣泛應(yīng)用于CO氧化反應(yīng)、水煤氣變換反應(yīng)、甲醇重整制氫反應(yīng)等。Avgouropoulos等在AppliedCatalysisB=Environmment(2005,56(1-2):87_93)上報(bào)道了采用共沉淀法、檸檬酸水熱法、尿素燃燒法和共浸漬法制備CuO-CeO2催化劑，用于CO氧化反應(yīng)。YadongLi等在CatalysisLetters(2005(101):3_4)上報(bào)道了水熱合成法制成的CeO2納米棒負(fù)載CuO所得的Cu0/Ce02催化劑具有很好的CO氧化活性。但是，銅鈰催化劑用于甲烷催化燃燒反應(yīng)的報(bào)道還很少。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種有效的甲烷催化燃燒催化劑及其制備方法，將該催化劑用于甲烷催化燃燒反應(yīng)時(shí)，在較低的溫度下可以將甲烷完全催化燃燒。本發(fā)明敘述的催化劑活性組分由氧化銅和氧化鈰組成，催化劑的通式為CuxCei_x02，其中χ為0.10.9。本發(fā)明的催化劑活性組分由氧化銅和氧化鈰組成，催化劑的通式為CuxCei_x02，其中χ的優(yōu)選范圍是0.50.8。本發(fā)明所述的催化劑制備過程如下按通式CuxCei_x02，其中χ為0.10.9，稱取Ce(NO3)3·6Η20和Cu(NO3)2·3Η20，溶于去離子水中，使金屬離子總濃度為lmol/L，加入上述金屬離子相同摩爾量的檸檬酸，攪拌均勻，靜置312h，在5080°C油浴中緩慢加熱，形成凝膠，于110150°C干燥12h，在空氣氣氛下于500800°C焙燒412h，制得成品催化劑。本發(fā)明敘述的催化劑用于甲烷催化燃燒反應(yīng)，得到了較好的效果。在空氣與甲烷的體積比為99，氣體總空速為ΖΟΟΟΙΓ1的條件下，可在550°C將甲烷完全燃燒。與文獻(xiàn)報(bào)道的負(fù)載型貴金屬催化劑的反應(yīng)結(jié)果相近，與鈣鈦礦型復(fù)合金屬氧化物和負(fù)載型過渡金屬氧化物催化劑反應(yīng)結(jié)果相比，不僅完全燃燒溫度降低較多，而且起燃溫度也較低。本發(fā)明提供的甲烷催化燃燒催化劑與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下實(shí)質(zhì)性特征1.催化劑是以氧化銅、氧化鈰為活性組分的固溶體催化劑，活性組分含量高，價(jià)格低廉。2.催化劑在甲烷催化燃燒過程中，采用空氣作為氧化劑，起燃溫度低，完全燃燒溫度低。3.催化劑采用檸檬酸絡(luò)合溶膠凝膠法制備，制備方法簡(jiǎn)單易于操作，活性組分分散均勻，穩(wěn)定性良好。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:稱取8.7gCe(NO3)3·6H20和19.4gCu(NO3)2·3H20，溶于IOOmL去離子水中，加入19.2g檸檬酸，攪拌均勻，靜置6h，在80°C油浴中緩慢加熱，至形成凝膠，于120°C干燥12h，在空氣氣氛下于600°C焙燒4h，制得Cua8Cea2O2固溶體催化劑。該催化劑在空氣/CH4=99，氣體總空速為270001^，催化劑用量為0.2g的條件下催化反應(yīng)性能如下<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>實(shí)施例2:稱取8.7gCe(NO3)3·6H20和19.4gCu(NO3)2·3H20，溶于IOOmL去離子水中，加入19.2g檸檬酸，攪拌均勻，靜置6h，在60°C油浴中緩慢加熱，至形成凝膠，于110°C干燥12h，在空氣氣氛下于800°C焙燒4h，制得Cua8Cea2O2固溶體催化劑。該催化劑在空氣/CH4=99，氣體總空速為270001^，催化劑用量為0.2g的條件下催化反應(yīng)性能如下<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>實(shí)施例3稱取21.7gCe(NO3)3·6Η20禾口12.IgCu(NO3)2·3Η20，溶于IOOmL去離子水中，加入19.2g檸檬酸，攪拌均勻，靜置6h，在80°C油浴中緩慢加熱，至形成凝膠，于120°C干燥12h，在空氣氣氛下于60(TC焙燒4h，制得Cua5Cetl5O2固溶體催化劑。該催化劑在空氣/CH4=99，氣體總空速為27000h_，催化劑用量為0.2g的條件下催化反應(yīng)性能如下<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>實(shí)施例4稱取34.7gCe(NO3)3·6H20和4.8gCu(NO3)2·3H20,溶于IOOmL去離子水中，加入19.2g檸檬酸，攪拌均勻，靜置6h，在80°C油浴中緩慢加熱，至形成凝膠，于120°C干燥12h，在空氣氣氛下于600°C焙燒4h，制得Cua2Cea8O2固溶體催化劑。該催化劑在空氣/CH4=99，氣體總空速為270001^，催化劑用量為0.2g的條件下催化反應(yīng)性能如下<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實(shí)施例5催化劑的制備、烘干、焙燒同實(shí)施例1，制得Cua2Cea8O2固溶體催化劑。該催化劑在氣體總空速為ΖΟΟΟΙΓ1，催化劑用量為0.2g，不同的空氣/CH4比例的條件下催化反應(yīng)性能如下<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求一種甲烷催化燃燒的固溶體催化劑，其特征在于催化劑活性組分由氧化銅和氧化鈰組成，催化劑的通式為CuxCe1-xO2，其中x為0.1～0.9。2.如權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于催化劑的通式為CuxCei_x02，其中χ的優(yōu)選范圍是0.50.8。3.如權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于按通式CuxCei_x02，其中χ為0.10.9，稱取Ce(NO3)3·6H20和Cu(NO3)2·3H20,溶于去離子水中，使金屬離子總濃度為lmol/L，加入上述金屬離子相同摩爾量的檸檬酸，攪拌均勻，靜置312h，在5080°C油浴中緩慢加熱，形成凝膠，于110150°C干燥12h，在空氣氣氛下于50080(TC焙燒412h，制得成品催化劑。全文摘要本發(fā)明的目的在于提供一種有效的用于甲烷催化燃燒的銅鈰固溶體催化劑及其制備方法，催化劑制備過程如下按通式CuxCe1-xO2，其中x為0.1～0.9，稱取Ce(NO3)3·6H2O和Cu(NO3)2·3H2O，溶于去離子水中，使金屬離子總濃度為1mol/L，加入上述金屬離子相同摩爾量的檸檬酸，攪拌均勻，靜置3～12h，在50～80℃油浴中緩慢加熱，形成凝膠，于110～150℃干燥12h，在空氣氣氛下于500～800℃焙燒4～12h，制得成品催化劑。催化劑用于甲烷催化燃燒反應(yīng)時(shí)，采用空氣作為氧化劑，起燃溫度低，完全燃燒溫度低，可在550℃將甲烷完全燃燒。本發(fā)明所述的催化劑是以氧化銅、氧化鈰為活性組分的固溶體催化劑，活性組分含量高，價(jià)格低廉。催化劑采用檸檬酸絡(luò)合溶膠凝膠法制備，制備方法簡(jiǎn)單易于操作，活性組分分散均勻，穩(wěn)定性良好。文檔編號(hào)B01J23/83GK101811054SQ20091004656公開日2010年8月25日申請(qǐng)日期2009年2月24日優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日發(fā)明者李到,楊偉領(lǐng),王幸宜申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)