[發明專利]低溫催化燃燒的催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201410663114.4
• 申請日: 2014-11-19
• 公開（公告）號: CN104475088A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 王文韜;彭海炎;曾德文;張歡;錢小立;李建軍;王慰
• 申請（專利權）人: 廣州中國科學院先進技術研究所
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J23/89;F23G7/07
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 鄭彤;萬志香

技術領域

本發明涉及催化劑技術領域，特別是涉及一種低溫催化燃燒的催化劑及其制備方法。

背景技術

甲醇有較強的毒性，不僅對人體的神經系統和血液系統影響最大，而且甲醇蒸氣還會損害人的呼吸道粘膜和視力。在實際中甲醇蒸汽是許多工業廢氣的組成部分，有效的感知甲醇蒸汽的存在，并采用無火焰的催化燃燒方式利用廢棄的甲醇產生熱量對于能源利用和環境保護都具有重大意義。在能源工業，采用催化燃燒的方式能夠提高甲醇燃燒的效率，并且大幅減少一氧化碳等大氣污染物的生成。

現有技術中有采用堇青石作為基體，負載金屬鉑作為催化活性物質來制作甲醇催化燃燒的催化劑，但這種催化劑負載的貴金屬鉑的量較大，通常至少需要負載0.1wt％以上才能有催化燃燒的效果，而且這種催化劑在低溫下(特別是在零度以下氣溫)催化燃燒效果更差，甚至無法進行催化燃燒。

發明內容

基于此，本發明的目的是提供一種低溫催化燃燒的催化劑。

具體的技術方案如下：

一種低溫催化燃燒的催化劑，包括如下質量百分比的組份：

納米鉑??0.005-0.05％

納米氧化物??0.3-3.0％

余量為載體；

所述載體為金屬網或金屬氈。

在其中一個實施例中，所述金屬網的材質為鈦、鈦合金、鎢、鉬、鋯或鉭，金屬網的孔徑為0.002-1.0mm，金屬網的厚度為0.01-7.8mm，孔隙率為40-99％，比表面積為50-5000m²/m³。

在其中一個實施例中，所述金屬氈的材質為不銹鋼，孔隙率為40-80％，比表面積為1000-5000m²/g。

在其中一個實施例中，所述納米氧化物為納米氧化鋁或納米氧化鈦，粒徑為10-50nm。

本發明的另一目的是提供上述低溫催化燃燒的催化劑的制備方法。

具體的技術方案如下：

上述低溫催化燃燒的催化劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)將載體進行高溫處理，然后置于去離子水中，超聲處理30-60min，干燥備用；

(2)將步驟(1)處理后的載體置于納米氧化物的懸浮液中，待懸浮液被完全吸收后，取出干燥，然后超聲處理30-60min，再用空氣或氮氣吹掃1-5min；

(3)將步驟(2)處理后的載體浸漬于鉑化合物溶液或納米鉑膠體溶液中，或，將鉑化合物溶液或納米鉑膠體溶液噴涂至步驟(2)處理后的載體上，高溫處理1-5min，即得所述低溫催化燃燒的催化劑。

在其中一個實施例中，所述鉑化合物溶液為氯鉑酸水溶液、氯鉑酸乙醇溶液、氯鉑酸丙酮溶液、氯鉑酸鉀水溶液、氯亞鉑酸鉀水溶液、硝酸鉑水溶液、氯亞鉑酸銨水溶液、氯鉑酸鈉水溶液、氯鉑酸鈉乙醇溶液；乙酰丙酮鉑丙酮溶液。

在其中一個實施例中，所述高溫處理的溫度為300-1000℃。

本發明的原理及有益效果如下：

實際中采用濕化學法制備的鉑納米顆粒粒徑一般為2-10納米，如果載體表面具有大于10納米的裂縫，則鉑納米顆粒很容易陷落至裂縫中無法起到催化作用。現有技術中采用的多孔堇青石載體內部存在眾多孔道(孔徑數十納米)，蜿蜒曲折。使用鋁膠進行浸漬雖然會在堇青石表面形成一層氧化鋁薄膜，但是該氧化鋁薄膜表面仍然存在眾多孔道，當其浸漬在氯鉑酸或者硝酸鉑水溶液中，含有氯鉑酸或硝酸鉑大都進入這些孔道中無法起到作用。即使是停留在表面的氯鉑酸或硝酸鉑分解為鉑納米顆粒，生成的鉑納米顆粒也很容易陷落至氧化鋁薄膜的孔道內部很難被利用。只有加大鉑前體的用量產生大量鉑納米顆粒將眾多孔道堵塞才會有少量的鉑顆粒暴露在堇青石的表面。而本發明中使用金屬網或者金屬氈均由金屬絲或金屬片組成，金屬絲或者金屬片表面致密，即使有少量裂縫，也很容易使用納米氧化物顆粒堵住這些裂縫。鉑前體基本都附著在沒有裂縫的金屬絲、金屬片或者納米氧化物的表面，其高溫處理后形成的納米鉑顆粒也大都負載在金屬絲、金屬片或納米氧化物的表面得到充分利用，因此鉑的用量大幅降低。

本發明低溫催化燃燒的催化劑通過如下方法制備得到：選擇特定的載體(金屬網或金屬氈)，將納米氧化物顆粒沉積到載體表面，再將納米鉑負載于上述處理后的載體上。采用本發明特定的載體以及載體處理方法能大幅降低貴金屬鉑催化材料的用量(低于0.1％)，大大降低了成本，并實現甲醇以及氫氣在零度以下的催化燃燒，提高了對甲醇和氫氣傳感的溫度范圍。

具體實施方式