氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的制備方法及在co催化氧化中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的制備方法，包含以下步驟：⑴制備鈰鹽、鈀鹽與去離子水的金屬鹽溶液；⑵制備堿鹽與去離子水的堿鹽溶液；⑶將金屬鹽溶液與堿鹽溶液攪拌混合；⑷將混合溶液冷卻、抽濾、分離、清洗，得到氧化鈰負(fù)載鈀固體；⑸干燥處理后得到氧化鈰負(fù)載鈀催化劑。本發(fā)明的制備方法簡單直接易控制，合成過程耗時(shí)少，對(duì)設(shè)備要求不高，反應(yīng)條件不苛刻，可操作性強(qiáng)；本發(fā)明采用過渡金屬作為載體，避免了采用貴金屬催化劑的高成本并易于工業(yè)化生產(chǎn)；制備的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑具有較少量的鈀，較高的比表面，且在室溫下表現(xiàn)出良好的催化CO氧化活性和穩(wěn)定性，具有更好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的制備方法及在CO催化氧化中的應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及催化劑制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及共沉淀法合成氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的方法以及氧化鈰負(fù)載鈀催化劑在常溫一氧化碳(CO)氧化中的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]一氧化碳氧化催化技術(shù)是近年來在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境治理等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的技術(shù)，已經(jīng)被用于室內(nèi)空氣凈化、防毒面具、CO氣體傳感器、廢氣減排、CO2激光、氫質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)以及汽車尾氣凈化裝置等領(lǐng)域。目前，人們還在對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行廣泛、深入的研究。
[0003]1987年，Haruta等人利用共沉淀方法制備納米金顆粒于金屬氧化物載體上,得到的材料在低于0°C時(shí)表現(xiàn)出良好的催化CO氧化性能，進(jìn)而提出:金與載體之間的相互作用對(duì)催化活性有著重要的影響。盡管金催化劑系統(tǒng)在低溫下表現(xiàn)出了良好的催化活性，但是，由于其稀有性和高耗費(fèi)阻礙了該催化劑系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用。其后，Xie等人利用控制形貌的方法合成了 Co3O4納米棒，得到的材料在-77 V時(shí)表現(xiàn)出較高的催化CO氧化活性。具有良好CO催化氧化性能的過渡金屬氧化物被認(rèn)為是催化CO氧化的良好的廉價(jià)替代品。但是，該催化活性基本上依賴于制備方法和反應(yīng)條件。
[0004]水在很多反應(yīng)系統(tǒng)中常常是不可避免的，在非均相催化中水是最常見的分子。在催化一氧化碳氧化中，水對(duì)兩種催化劑會(huì)產(chǎn)生不同的影響。適量的水對(duì)貴金屬催化劑表現(xiàn)出促進(jìn)低溫CO氧化作用，而會(huì)引起過渡金屬氧化物失活。因此，將過渡金屬氧化物與貴金屬相結(jié)合，在催化低溫CO氧化已經(jīng)開展了大量的工作，這主要集中在貴金屬負(fù)載于過渡金屬氧化物方面。雖然貴金屬負(fù)載過渡金屬氧化物表現(xiàn)出顯著的催化低溫CO氧化活性，但是貴金屬負(fù)載量及載體的選擇會(huì)極大的影響到催化劑的催化活性。
[0005]如果不考慮貴金屬納米粒子的大小或形態(tài)，貴金屬與載體之間的協(xié)同作用對(duì)低溫CO氧化催化起到至關(guān)重要的作用。近年來，氧化鈰作為載體負(fù)載貴金屬催化材料在消除汽車尾氣中碳?xì)浠衔铩O以及其他有害氣體中廣泛引起關(guān)注。其中，氧化鈰負(fù)載鈀催化劑表現(xiàn)出較高的催化活性，可以在室溫下將CO氧化為CO2，并在較寬的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。
[0006]但是，大多數(shù)貴金屬與金屬氧化物結(jié)合的催化劑對(duì)貴金屬的量需求較大，制備工藝比較復(fù)雜，對(duì)低溫催化CO氧化活性仍需進(jìn)一步提高。因此，需要一種易于操作、廉價(jià)的方法以制備高催化性能的低溫催化CO氧化催化劑。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的制備方法，它以鈰鹽為鈰源，以鈀鹽為鈀源，通過共沉淀一步法合成氧化鈰負(fù)載鈀介孔材料，制備的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑具有高比表面積、分散均勻的特點(diǎn)；本發(fā)明的目的第二目的是，提供所述氧化鈰負(fù)載鈀催化劑在常溫一氧化碳氧化中的應(yīng)用。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案。
[0009]一種氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的制備方法，其特征是，包含以下步驟:
(1)將鈰鹽和鈀鹽添加至去離子水中進(jìn)行攪拌，鈰鹽:鈀鹽:去離子水的摩爾比為
0.01:0.00015?0.00135:10，溶解后得到金屬鹽溶液；
(2)將堿鹽溶于去離子水中制成溶液，堿鹽:去離子水的摩爾比為2:200，60°C溫度下攪拌至少5min，得到堿鹽溶液；
(3)在不斷攪拌的狀態(tài)下，將步驟(I)得到的金屬鹽溶液加入到步驟(2)得到的堿鹽溶液中，60°C溫度下繼續(xù)攪拌至少lOmin，得到混合溶液；
(4)將步驟(3)所得到的混合溶液冷卻后抽濾；進(jìn)行分離；對(duì)分離后的沉淀物用去離子水進(jìn)行清洗，得到氧化鈰負(fù)載鈀固體；
(5)將步驟(4)得到的氧化鈰負(fù)載鈀固體進(jìn)行干燥處理:將所述氧化鈰負(fù)載鈀固體置于80°C環(huán)境溫度下干燥至少3小時(shí)，得到目標(biāo)產(chǎn)物一氧化鈰負(fù)載鈀催化劑。
[0010]進(jìn)一步，步驟(I)所述的鈰鹽為硝酸亞鈰及其水合物、氯化亞鈰及其水合物或者其他可溶性鈰鹽。
[0011 ] 進(jìn)一步，步驟(I)所述的鈀鹽為氯鈀酸鈉、氯鈀酸鉀或者氯鈀酸銨。
[0012]進(jìn)一步,步驟(2)所述的堿鹽為氫氧化鈉或者氫氧化鉀。
[0013]為實(shí)現(xiàn)上述第二目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案。
[0014]采用氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的制備方法制備的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑在常溫一氧化碳氧化中的應(yīng)用。
[0015]本發(fā)明的積極效果是:
(I)本發(fā)明采用稀土金屬作為載體，避免了采用貴金屬催化劑所需要的高成本，使生產(chǎn)過程成本較低，易于工業(yè)化生產(chǎn)，具有較好的應(yīng)用前景。
[0016](2)制備方法簡單直接易控制，合成過程耗時(shí)少，對(duì)設(shè)備要求不高，反應(yīng)條件不苛亥IJ，可操作性強(qiáng)。
[0017](3)采用本發(fā)明的制備方法制備的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑具有較少量的鈀，較高的比表面，且在室溫下表現(xiàn)出良好的催化CO氧化活性和穩(wěn)定性，比現(xiàn)有的同類催化劑更為廉價(jià)，具有更好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的X射線衍射(XRD)圖譜。
[0019]圖中:
a是負(fù)載量為0.85wt%的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑； b是負(fù)載量為2.5wt%的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑； c是負(fù)載量為4.4wt%的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑； d是負(fù)載量為5.9wt%的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑； e是負(fù)載量為7.2wt%的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑。
[0020]圖2是實(shí)施例1制備的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑在干燥條件下對(duì)CO氧化反應(yīng)的催化性能測(cè)試結(jié)果。

【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖介紹本發(fā)明氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的制備方法的【具體實(shí)施方式】，提供5個(gè)實(shí)施例；1個(gè)應(yīng)用實(shí)施例。但是應(yīng)該指出，本發(fā)明的實(shí)施不限于以下的實(shí)施方式。
[0022]實(shí)施例1
一種氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的制備方法，包含以下步驟:
(I)取1ml去離子水，然后向離子水中加入4.34g硝酸亞鈰固體(國藥試劑有限公司產(chǎn)分析純，質(zhì)量純度> 99%)，加入1ml濃度為20g/L、36g/L、49g/L或者為66g/L的氯鈀酸鈉溶液，常溫下攪拌lOmin，溶解后得到金屬鹽溶液。
[0023](2)取200ml去離子水，然后向離子水中加入2.4g氫氧化鈉(國藥試劑有限公司產(chǎn)分析純，質(zhì)量純度> 99%)，60°C下攪拌lOmin，得到氫氧化鈉溶液。
[0024](3)將步驟(I)得到的金屬鹽溶液加入步驟(2)所得氫氧化鈉溶液中，在60°C下繼續(xù)攪拌30min,得到混合溶液。
[0025](4)將步驟(3)所得到的混合溶液冷卻后抽濾；進(jìn)行分離；對(duì)分離后的沉淀物用去離子水進(jìn)行清洗，得到氧化鈰負(fù)載鈀固體。
[0026](5)將步驟(4)得到的氧化鈰負(fù)載鈀固體進(jìn)行干燥處理:將所述氧化鈰負(fù)載鈀固體置于80°C環(huán)境溫度下干燥12小時(shí)，得到目標(biāo)產(chǎn)物一氧化鈰負(fù)載鈀催化劑。
[0027]對(duì)實(shí)施例1制備的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑采用X射線粉末衍射儀進(jìn)行分析檢測(cè):
X-射線衍射(XRD)圖譜的結(jié)果表明(參見圖1)，實(shí)施例1制備的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑具有良好的結(jié)晶性。
[0028]實(shí)施例2
一種氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的制備方法，基本步驟同實(shí)施例1。
[0029]實(shí)施例2與實(shí)施例1所不同的是:
步驟(I)采用的鈰鹽為硫酸亞鈰，采用的鈀鹽為氯鈀酸鉀。
[0030]步驟(2)采用的堿鹽為氫氧化鉀。
[0031]實(shí)施例3
一種氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的制備方法，基本步驟同實(shí)施例1。
[0032]實(shí)施例3與實(shí)施例1所不同的是:
步驟(I)采用的鈰鹽為醋酸亞鈰，采用的鈀鹽為氯鈀酸鈉。
[0033]步驟(2)采用的堿鹽為氫氧化鈉。
[0034]實(shí)施例4
一種氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的制備方法，基本步驟同實(shí)施例1。
[0035]實(shí)施例4與實(shí)施例1所不同的是:
步驟(I)采用的鈰鹽為硝酸亞鈰，采用的鈀鹽為氯鈀酸銨。
[0036]步驟(2)采用的堿鹽為氫氧化鈉。
[0037]實(shí)施例5
一種氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的制備方法，基本步驟同實(shí)施例1。
[0038]實(shí)施例5與實(shí)施例1所不同的是:
步驟(I)采用的鈰鹽為氯化亞鈰，采用的鈀鹽為氯鈀酸鈉。
[0039]步驟(2)采用的堿鹽為氫氧化鈉。
[0040]應(yīng)用實(shí)施例1 (低溫一氧化碳氧化催化活性)
對(duì)實(shí)施例1制備的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的催化活性的評(píng)價(jià):
在U形石英反應(yīng)器中進(jìn)行催化評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn):在U形石英反應(yīng)器中加入200mg催化劑，采用程序升溫系統(tǒng)，以10°C /min由室溫升至150°C ;以l%vol C0，20%vol 02，79%vol N2作為原料氣；潮濕環(huán)境時(shí)采用將氣體通過鼓泡器帶出一定量水汽，氣體總流量為50ml/min ;空速為15000ml h^g-1 ;采用配有甲烷轉(zhuǎn)化爐的氣相色譜(GC)、用氫焰離子化檢測(cè)器(FID)對(duì)反應(yīng)前后氣體成分進(jìn)行檢測(cè)。
[0041]實(shí)施例1制備的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的催化結(jié)果如圖2所示。所述CO氧化催化結(jié)果表明:本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑在環(huán)境條件下都表現(xiàn)出良好的常溫催化一氧化碳氧化性能，具有明顯增強(qiáng)的催化活性。較高負(fù)載下制備的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的催化活性較高，這是由于較高負(fù)載下制備的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑存在較多的活性組分，有利于活性組分與CO的接觸。
[0042]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明方法的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的制備方法，其特征在于，包含以下步驟: (1)將鈰鹽和鈀鹽添加至去離子水中進(jìn)行攪拌，鈰鹽:鈀鹽:去離子水的摩爾比為0.01:0.00015?0.00135:10，溶解后得到金屬鹽溶液； (2)將堿鹽溶于去離子水中制成溶液，堿鹽:去離子水的摩爾比為2:200，60°C溫度下攪拌至少5min，得到堿鹽溶液； (3)在不斷攪拌的狀態(tài)下，將步驟(I)得到的金屬鹽溶液加入到步驟(2)得到的堿鹽溶液中，60°C溫度下繼續(xù)攪拌至少lOmin，得到混合溶液； (4)將步驟(3)所得到的混合溶液冷卻后抽濾；進(jìn)行分離；對(duì)分離后的沉淀物用去離子水進(jìn)行清洗，得到氧化鈰負(fù)載鈀固體； (5)將步驟(4)得到的氧化鈰負(fù)載鈀固體進(jìn)行干燥處理:將所述氧化鈰負(fù)載鈀固體置于80°C環(huán)境溫度下干燥至少3小時(shí)，得到目標(biāo)產(chǎn)物一氧化鈰負(fù)載鈀催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述的鈰鹽為硝酸亞鈰及其水合物、氯化亞鈰及其水合物或者其他可溶性鈰鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述的鈀鹽為氯鈀酸鈉、氯鈀酸鉀或者氯鈀酸銨。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的堿鹽為氫氧化鈉或者氫氧化鉀。
5.采用權(quán)利要求1所述的制備方法制備的氧化鈰負(fù)載鈀催化劑在常溫一氧化碳氧化中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】B01J23/63GK104162424SQ201410328641
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】李亮, 李庚南, 施劍林 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)