[發(fā)明專利]高效低溫催化甲烷完全氧化的鈷稀土復(fù)合氧化物催化劑

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310544189.6
• 申請(qǐng)日: 2013-11-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103599790A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王翔;徐香蘭;韓紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/83
• 分類號(hào): B01J23/83
• 代理公司: 南昌新天下專利商標(biāo)代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化領(lǐng)域，涉及一種可高效、低溫催化甲烷完全氧化的催化劑及其制備方法。?

背景技術(shù)

CH₄的溫室效應(yīng)效果是二氧化碳的20倍，其燃燒溫度為1600^oC，所以用傳統(tǒng)的火焰燃燒法會(huì)產(chǎn)生大量的NO_x，CO等，可對(duì)大氣造成二次污染。隨著石油能源的枯竭和越來(lái)越嚴(yán)峻的能源危機(jī)，天然氣因其儲(chǔ)量大、價(jià)格較低、使用相對(duì)方便，在能源領(lǐng)域中占有越來(lái)越重要的地位。CH₄作為天然氣的重要組成部分，其分子含一個(gè)碳原子和四個(gè)氫原子，相對(duì)于其它的碳?xì)浠衔铮且环N高效潔凈的能源。因此催化燃燒既是消除CH₄對(duì)大氣的污染，又是可控利用天然氣作為能源最行之有效的方法之一。而發(fā)展高效、穩(wěn)定性好的催化劑為甲烷催化燃燒的關(guān)鍵。

目前，甲烷燃燒催化劑目前主要有負(fù)載型Pt、Pd貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑如鈣鈦礦型(ABO₃)、六鋁酸鹽型(MO·6Al₂O₃)、尖晶石型(AB₂O₄)和其它簡(jiǎn)單復(fù)合氧化物催化劑。由于貴金屬價(jià)格昂貴，發(fā)展含少量或不含貴金屬的過(guò)渡金屬氧化物作為甲烷燃燒催化劑，受到廣泛關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高效、低溫催化甲烷完全氧化的催化劑及其制備方法。

一種高效低溫催化甲烷完全氧化的鈷稀土復(fù)合氧化物催化劑，催化劑主要活性組分為尖晶石型Co₃O₄，稀土元素La,?Ce,?Y,?Pr,?Nd,?Sm中的一種或幾種混合稀土元素作為助劑。

所述鈷稀土復(fù)合氧化物催化劑的制備方法，其特征在于采用共沉淀的方法，先配置0.5?mol/L的鈷鹽和稀土鹽溶液，按摩爾比制成混合溶液，其中以Ln?/(?Ln?+Co)摩爾比計(jì)Ln添加量范圍為0-0.05；在室溫下，加入沉淀劑在一定pH沉淀，老化后，過(guò)濾、洗滌、干燥，最后在空氣氣氛焙燒得到成品催化劑，催化劑比表面積為51-95m²/g。

為了達(dá)到更好的技術(shù)效果：

所述沉淀劑為1?mol/L的K₂CO₃或Na₂CO₃水溶液。

Ln/(Ln+Co)摩爾比計(jì)Ln添加量為0.05、且Ln為Y、Pr等摩爾比配制。

所述稀土鹽為Co鹽、La鹽、Ce鹽、Y鹽、Pr鹽、Nd鹽和Sm鹽；所述鈷鹽是Co(NO₃)₂·6H₂O溶于蒸餾水制得；所述稀土La鹽、Ce鹽是由La(NO₃)₃·6H₂O,?Ce(NO₃)₃·6H₂O溶于蒸餾水制得；所述稀土Y鹽、Pr鹽、Nd鹽和Sm鹽是由Y₂O₃,?Pr₂O₃,?Nd₂O₃,?Sm₂(CO₃)₃經(jīng)硝酸溶解后制得。

所述pH范圍為9-10。

所述老化處理包括充分?jǐn)嚢韬挽o置；所述焙燒溫度為500?^oC。

本發(fā)明還涉及所述鈷稀土復(fù)合氧化物催化劑在低溫催化甲烷完全氧化中的應(yīng)用。

所述的應(yīng)用，其特征在于在常壓、反應(yīng)氣組成為1%?CH₄,?4%?O₂,?95%?N₂，空速F/W為18,000?ml/(g?cat?h)，爐溫為420-480?^oC的反應(yīng)條件下，實(shí)現(xiàn)CH₄的完全催化氧化；所述F為原料氣體積流量，W為催化劑質(zhì)量。

本發(fā)明催化劑的特點(diǎn)是：(1)催化劑甲烷的起燃和完全燃燒溫度較低，活性高于實(shí)驗(yàn)室制備的2%Pd/Al₂O₃催化劑，且受水汽影響小，具有較高的實(shí)用價(jià)值。(2)?使用混合稀土鹽作為稀土鹽原料，減少稀土元素分離成本，大大降低催化劑生產(chǎn)成本。(3)與負(fù)載型貴金屬催化劑相比，成本低廉?(4)催化劑制備方法簡(jiǎn)單易于操作，適合規(guī)模化生產(chǎn)。

具體實(shí)施方式