[發明專利]一種CO低溫催化氧化催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201410333221.0
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104128192A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 嚴新煥;李加衡
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01D53/86;B01D53/62
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;王兵

(一)技術領域

本發明屬于催化劑技術領域，具體涉及一種Pt-Fe₃O₄/TiO₂催化劑及其制備方法，以及在CO低溫催化氧化中的應用，磁性Fe₃O₄納米顆粒的添加大大提高了催化劑對CO的催化氧化活性。

(二)背景技術

工業生產及汽車尾氣中產生大量的揮發性氣體，特別是汽車尾氣，根據相關部門統計，空氣中60％～70％的空氣污染物來源于汽車尾氣，其中排放氣中就含有大量的CO。CO是一種無色無味、難溶于水的氣體，它進入人體之后會和人體血液中的血紅蛋白結合，進而排擠血紅蛋白與氧氣的結合，從而出現缺氧，導致人體中毒；另一方面，CO的物理、化學性質比較穩定，一般情況下不易將其消除。目前消除CO等揮發性氣體最有效的辦法就是通過催化氧化，所以制備高性能的催化劑對于消除CO至關重要。

在礦井生產中，因CO中毒引發的事故非常的多，所以做好防止CO中毒的工作迫在眉睫。傳統的CO防護方法一般采用自救器、壓縮氧和氧氣發生器。其中自救器具有體積小、攜帶方便等優點，被廣泛的應用于礦井的救護。但是由于CO催化反應是一個高放熱反應，工人在佩戴時容易產生不適感，容易造成摘掉自救器而發生危險。因此，研究低溫下使CO高效轉化的催化劑，以防止因CO引起的中毒事故，對保障礦井安全生產有一定意義。

最近幾年，能源問題日益突出，開發新能源成為人們關注的焦點，其中燃料電池由于清潔無污染等性質備受人們的關注。尤其是車載質子交換膜燃料電池(PEMFC)，一般在80～120℃下工作。燃料電池所需的H₂原料來自于車載甲醇或者烴類進行重整制氫得到，同時伴隨著CO等副產物的產生。一般而言，經變換反應后的富氫氣體中，通常約含有25％CO₂，74％H₂，0.5％～1.0％CO和少量的H₂O。但是少量的CO就會對燃料電池中的Pt電極造成中毒而使燃料電池性能明顯下降，所以需要在富氫體系中降低CO濃度至10ppm以內，選擇合適的催化劑是該技術的關鍵之處。

Fe₃O₄是一種重要的磁性材料。在Fe₃O₄立方反尖晶石結構中，O^2-的四方體間隙位置有Fe³⁺占據，而八面體位置由Fe²⁺和Fe³⁺占據。位于八面體間隙的Fe²⁺和Fe³⁺之間的電子傳遞使得他具有獨特的電學跟磁學性能。所以Fe₃O₄磁性材料，特別是納米及微米級磁性粉體材料在磁流體、磁記錄材料、催化劑領域有著重要的作用。

影響Fe₃O₄性能的主要因素包括以下幾點：超順磁性、矯頑力、磁飽和量、結晶度及粒徑和形貌。目前四氧化三鐵微粒的制備方法主要有物理方法和化學方法。采用物理方法制備的催化劑一般產品純度低、形貌也不均一，所以一般不采用。采用化學法制備的納米粒子一般質量較好，操作方法也比較容易，生產成本也較低。本文所用的四氧化三鐵納米顆粒，采用熱分解法，硝酸鐵在二縮三乙二醇(TEG)中加熱分解制備得到納米級四氧化三鐵。其中TEG既是溶劑，又是還原劑，同時還有穩定納米顆粒使其不易團聚的特點。

(三)發明內容

本發明的首要目的在于提供一種含有磁性Fe₃O₄納米顆粒的組合型Pt-Fe₃O₄/TiO₂催化劑，本發明催化劑具有制備工藝簡單，原料來源廣泛且可回收利用，催化活性高，穩定性好等優點。

本發明采用如下技術方案：