[發明專利]CO高效氧化用納米催化劑的規模化制備研究與應用

無效

• 申請號: 200810238584.0
• 申請日: 2008-12-19
• 公開（公告）號: CN101760786A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發明（設計）人: 曹淑蘭
• 申請（專利權）人: 曹淑蘭
• 主分類號: C40B30/08
• 分類號: C40B30/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

CO高效氧化用納米催化劑的規模化制備研究與應用，屬于化學領域。

背景技術

CO是典型的可燃、有毒化合物，其固定排放是煤、石油、天然氣等化石燃料燃燒、部分氧化工業以及燃油機動車輛驅動過程中久未解決的環境問題；此外，在CO₂激光器中氣體的純化、CO氣體探測器、燃料電池、煙草降害以及封閉體系(如：飛機，潛艇，航天飛行器等)中微量CO的消除等方面也廣泛使用。

CO的消除與人體的健康和生命安全也息息相關。CO經呼吸道吸入，吸入的CO通過肺泡會進入血液，與血紅蛋白結合形成碳氧血紅蛋白(HbCO)阻礙氧的釋放，引起組織缺氧，使中樞神經系統受累，從而導致低氧血癥、水腫、帕金森氏綜合癥、昏迷等一系列精神癥狀，嚴重的甚至死亡。近年來，能源領域中燃料電池技術的興起，使得CO消除的應用范圍進一步拓寬。

由此可見，CO的消除涉及能源、環境、健康和安全等多個領域，具有重要的理論研究和實際應用價值。在眾多的物理和化學消除方法中，催化氧化法因具有操作溫度低、燃燒效能高、環境友好等優點是最為有效的一種方法。

迄今為止，國內外有關CO低溫催化氧化催化劑的報道大多集中在金屬氧化物載體擔載的貴金屬上，且所報道的催化劑普遍存在穩定性差、壽命短等問題，嚴重制約著催化劑的規模化應用。目前，有關基于分子篩和活性氧化鋁為載體的納米催化劑設計、規模化制備及其性能研究還沒有相關報道。分子篩和活性氧化鋁具有特殊的孔道結構、大的比表面積和空曠的空間結構等優點，并同時具有納米材料的特征，在其表面和孔道構建納米催化活性中心可起到多功能催化的作用。

發明內容

以結構和功能特殊的分子篩和活性氧化鋁為載體，以貴金屬(如Pd、Pt、Au)和過渡金屬(如Fe、Co、Ni、Cu、Ce等)為主活性組分，在載體表面和孔道中構建CO催化氧化活性中心，開展100公斤以上規模的納米催化劑的控制制備工藝研究，并考察其催化CO氧化的性能。通過XRD、SEM、TEM等多種技術對納米催化劑進行表征，揭示催化劑組成、構效關系并闡明反應機理，從而獲得適用于CO低溫催化氧化的高效穩定的納米催化劑并實現其規模化生產與應用。

CO催化氧化活性中心的設計、構建及相應催化劑的規模化制備是實現本項研究的重點和難點。對于CO催化氧化反應來說，高效穩定地氧化CO是十分重要的，因而催化劑結構與表面活性中心的分子設計應滿足反應物CO和反應氧物種的活化及反應中間物轉化為最終產物的要求，并且可以利用制備條件的變化進行調節。我們的前期工作已經積累了解決這類關鍵問題的一些經驗。

研究方法和技術路線：

以CO氧化為目標反應，利用多相催化的方法與納米技術，在多孔分子篩和活性氧化鋁表面構建CO催化氧化活性中心，設計并規模化研制低溫CO催化氧化用納米催化劑，以解決健康、安全、能源和環境等多個領域中對CO消除的技術需求。

具體實施方案如下：

(1)選擇分子篩和活性氧化鋁為載體，以貴金屬(Pd、Pt、Au)和過渡金屬(Fe、Co、Ni、Cu、Ce等)為主活性組分，采用不同的方法在載體上構建CO催化氧化活性中心、規模化控制制備納米催化劑，并考察其催化CO氧化的性能。

(2)改進制備條件，優化制備方法，并研究助劑及其添加工藝對催化性能的影響，以進一步提高催化劑活性，研制高活性、長壽命實用型CO低溫催化氧化納米催化劑。

(3)通過多種固體催化劑表征技術對納米催化劑進行表征，研究催化劑制備化學規律，揭示催化劑組成、結構與性能關系，闡明反應機理，達到預期目標。

項目的特點與創新之處：

活性氧化鋁和分子篩的結構特殊，其組成和拓撲結構范圍寬廣，可將金屬顆粒分散到分子篩的空腔內或固定于其表面，達到多功能催化作用的效果。在分子篩和活性氧化鋁上構建CO催化活性中心對基礎研究、健康與安全、能源利用的可持續發展以及活性中心的分子水平設計具有重要的理論和現實意義。

基于分子篩和活性氧化鋁的CO氧化催化劑的規模化研發目前尚屬空白，我們已經進行了一些具有特色的工作。相信在基金的資助下，在納米催化劑的規模化控制制備科學及其產業化應用方面將形成創新性突破，并形成自主知識產權。