[發明專利]一種含金屬或金屬氧化物粒子的CeO2纖維催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 201510052280.5
• 申請日: 2015-02-01
• 公開（公告）號: CN104707604A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 溫世鵬;梁美麗;劉力;張立群
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J23/63
• 分類號: B01J23/63;B01J23/83;B01J23/66;B01J23/10
• 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

本發明涉及一種含金屬或金屬氧化物粒子的CeO₂纖維催化劑的制備方法，屬于納米催化劑制備技術領域。

背景技術

在催化領域，常見的傳統催化劑包括含大量貴金屬、有色金屬或其氧化物。這些催化劑被廣泛使用于加氫、氧化、脫氫、甲醇裂解、重整及變換反應等化學反應中，但由于這些貴金屬價格昂貴，研究者們一直致力于減少催化劑用量的同時如何提高其催化活性和催化效率，以及實施有效地回收。其中把這些貴金屬粒子納米化，可以顯著提高催化活性，但同時由于納米尺寸的催化劑顆粒價格昂貴，與產物難以分離，隨意排放也對環境造成了很大的污染，需要把這些催化劑進行回收并循環使用。針對此問題，負載型催化劑得到研究者們越來越多的關注。負載型催化劑主要是指將一些納米貴金屬或其氧化物粒子負載到一定的載體上，載體可使活性組分獲得較高的比表面積，減少用量，可以提高催化效率，還可以解決回收問題。

常用的載體有碳納米管、碳纖維、二氧化硅纖維、氧化鋁、分子篩等，負載在常用載體上的金屬納米粒子分散均勻、粒徑小、比表面積大、易回收再利用，但是在進行催化反應時，還需要加入一些催化助劑來輔助主催化劑提高催化效率和催化活性，而常用載體只是為了支撐催化劑用，本身沒有任何與催化作用有關的功能，并不能輔助催化劑。二氧化鈰作為助催化劑在一些催化反應中可以增強催化劑的功能大大提高催化效率。目前，研究者們一直采用共沉淀法和浸漬法制備了NiO/CeO₂、Co/CeO₂等負載催化劑，但這些傳統方法制備的催化劑基本上以球形顆粒存在，尤其是活性高的納米級催化劑粒子，非常容易聚集，在溶液中難以均勻分散，影響其催化效果。

靜電紡絲制備納米纖維技術的出現，為制備負載型催化劑提供了一種更為簡單而且適用范圍廣的方法。通過靜電紡絲方法制備的納米纖維具有直徑小、介孔納米結構、比表面積較大，形貌可控等特點，是一種比較有發展前景的材料從而被廣泛應用尤其是催化劑載體。目前，通過靜電紡絲技術制備主-助復合納米催化劑卻還尚未見報道。

本發明通過靜電紡絲技術制備主-助復合納米催化劑，是以助催化劑二氧化鈰纖維為載體，負載主催化劑金屬或金屬氧化物納米粒子，我們將助催化劑和主催化劑復合到一起制備出新型纖維基負載催化劑。本發明的主要特點是：纖維基體為CeO₂，纖維本身同時兼有負載基體和助催化劑的作用；負載的粒子為主催化劑，納米級的主催化劑在纖維表面可以均勻的分散，避免聚集。同時本發明的復合催化劑的比表面積比傳統負載催化劑大，在溶液中更易與被催化的分子接觸，提高催化效率。本發明的新型纖維基負載催化劑在未來的催化工業具有廣闊的應用前景。

發明內容：

本發明的目的是提供一種含金屬或金屬氧化物粒子的CeO₂纖催化劑的制備方法。本發明以助催化劑CeO₂纖維為載體，并負載金屬或金屬氧化物納米粒子，通過靜電紡絲技術，得到新型纖維基負載催化劑，該催化劑中的金屬或金屬氧化物納米粒子分散性好、粒徑小和比表面積大，并且該負載催化劑易回收。

本發明的技術方案如下：

一種含金屬或金屬氧化物粒子的CeO₂纖維催化劑的制備方法，具體步驟如下：

步驟1：(1)分別稱取1～6g的CeO₂前驅體和2～10g的溶劑，混合后下磁力攪拌5～12h，讓CeO₂前驅體充分水解，得到CeO₂的溶膠溶液；(2)將0.5～5g的高聚物溶解在2～15g溶劑中，在磁力攪拌器上攪拌5～12h，形成均勻透明的溶液；(3)將0.05～0.5g金屬或金屬鹽溶解在0.5～3g溶劑中經超聲1～4h，形成均一穩定溶液；(4)最后將這三種溶液混合攪拌0.5～2h至成均勻液體，即為靜電紡絲前驅液；

步驟2：將制得的靜電紡絲前驅液注入靜電紡絲裝置中，通過調節紡絲電壓為5～20KV、推進速率為0.1～3mL/h和接收距離為5～30cm，制備得到負載有金屬或金屬鹽的CeO₂/高聚物的復合前驅纖維；

步驟3：按照以下兩種方式之一負載催化劑：

(1)金屬氧化物粒子/CeO₂纖維負載催化劑

將上步制備的復合前驅纖維置于馬弗爐中，在空氣氣氛下以5～10℃/min速度升溫至600～1000℃煅燒，煅燒時間為1～10h，最后得到金屬氧化物納米粒子/CeO₂纖維的負載催化劑。