[發明專利]一種鋁柱撐蒙脫土負載Cu-Mn催化劑的制備方法和應用

無效

• 申請號: 201410099382.8
• 申請日: 2014-03-17
• 公開（公告）號: CN103861611A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 葉青;張玉;李曉新;李蒙;饒曉雯
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01J35/10;B01D53/86;B01D53/62
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及一種用于催化氧化CO的鋁柱撐蒙脫土負載型催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

CO是主要的空氣污染物之一，嚴重地危害著人們的健康和生活。催化氧化CO具有廣泛的實際應用，如：在燃料電池中，利用甲醇重整產生的富氫氣體，而通常這種混合物中含有的CO會導致Pt催化劑中毒，有效地選擇性除去H₂中混雜的少量CO氣體，對于燃料電池的正常工作，是十分重要的。CO傳感器、防毒面具以及密閉系統內的CO消除等各個方面都涉及到CO的催化氧化問題。因此，研究開發高效、低成本CO催化氧化催化劑具有廣闊的工業前景。

為實現CO的催化氧化，催化劑的選擇與制備是至關重要的。上世紀80年代以前，CO氧化所用的催化劑主要是以Pt、Pd為活性組分的貴金屬催化劑，但只能適用于CO濃度較低的催化氧化。錳和銅氧化物，因其成本價廉，高活性和耐久性等眾多優點，被廣泛應用于各種重要的反應中，而且我國有較為豐富的錳和銅資源。鑒于錳和銅催化劑所具備的催化活性，研制出能夠持續有效催化氧化CO的高效催化劑具有重要的意義。

本項目的實施得到國家自然科學基金項目(21277008)；國家自然科學基金項目(20777005)；北京市教委科技發展計劃面上項目(KM2013100050010)的資助，也是這些項目的研究內容。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋁柱撐蒙脫土負載Cu-Mn催化劑的制備及其用于催化氧化CO污染物，所提供的催化劑可在小于300℃反應溫度下氧化CO，并且獲得較高的CO轉化率，催化劑穩定性高，而且制備工藝簡單，原材料在自然界廣泛存在。

本發明提供的鋁柱撐蒙脫土的制備是催化劑載體，Cu-Mn負載于鋁柱撐蒙脫土載體上制得催化劑。用蒙脫土和氯化鋁為原料，使用共聚法制備鋁柱撐蒙脫土載體，利用改進的浸漬法負載Cu-Mn催化劑。具體制備通過如下技術方案實現：

本發明所提供的上述催化劑的制備方法，包括如下步驟：

按一定的比例將提純的蒙脫土加入到蒸餾水中攪拌成稠狀溶液，其中水：蒙脫土（質量比）=（5～10）：1，隨后稱取一定比例的NaCl加入至上述漿液中，其中漿液：NaCl（質量比）=（90～100）：1，在60～80℃條件下反應1～3小時，隨后離心洗滌8～12次，直至無Cl^-檢出，將產物置于120～140℃干燥24～48小時，制得鈉化蒙脫土。

在溫度60～80℃條件下，將0.1～0.3mol/L的NaOH溶液以1～2ml/min的速度加入0.1～0.3mol/L的AlCl₃溶液中，其中（[Al³⁺]：[OH^-]（摩爾比）=（1～3）：1），持續攪拌1～3小時，隨后將溶液室溫靜置22～26小時，得鋁柱化劑。

按一定比例將上述鈉化蒙脫土加入到蒸餾水中，按蒸餾水：鈉化蒙脫土（質量比）=100：（1～3））比例制成鈉化蒙脫土懸浮漿液，在室溫條件下，將以上鋁柱化液逐滴滴加至鈉化蒙脫土懸浮漿液中，其中鈉化蒙脫土（質量數）：[Al³⁺]（摩爾數）=1g：（3～7）mmol，在50～70℃溫度條件下，持續反應1～3小時，在室溫下靜置22～26小時，離心洗滌4～7次，檢測直至無Cl^-，120～140℃干燥20～24h，取出干燥后的產物進行研磨過篩，隨后將其放入馬福爐中，以1～2℃/min升溫速率升至300～500℃，保持此溫度煅燒1～3小時，所得樣品為鋁柱撐蒙脫土。

2、沉浸漬法制備鋁柱撐蒙脫土負載Cu和Mn催化劑

將Mn(NO₃)₂·4H₂O和Cu(NO₃)₂·6H₂O溶解到蒸餾水中，配成摩爾濃度分別為7～9mol/L溶液，其中Mn與Cu的摩爾比為1：1。將以上的硝酸錳和硝酸銅混合溶液加入鋁柱撐蒙脫土，其中MnO與鋁柱撐蒙脫土的質量比為（0.05～0.1）：1，攪拌1～2小時，隨后在室溫下靜置24～48小時，120～140℃干燥24～48小時，再于馬弗爐中，以1～3℃/min升溫至400℃～500℃，并保持此溫度煅燒4～6小時，得到MnO-CuO/蒙脫土催化劑。