[發(fā)明專利]一種負(fù)載型四氧化三鈷催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610273463.4
• 申請(qǐng)日: 2016-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN105772027B
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫予罕;祝艷;楊娜婷;孫永南
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海高等研究院
• 主分類號(hào): B01J23/89
• 分類號(hào): B01J23/89;B01J35/02;F23C13/08
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 金彥;許亦琳

本發(fā)明公開了一種負(fù)載型四氧化三鈷催化劑及其制備方法和應(yīng)用。所述負(fù)載型四氧化三鈷催化劑包括以下組分：貴金屬、貴金屬的氧化物和四氧化三鈷，貴金屬元素的質(zhì)量與貴金屬元素和Co₃O₄的總質(zhì)量的比值為1~10：100，負(fù)載型四氧化三鈷催化劑為一維結(jié)構(gòu)。所述制備方法為：在二元醇體系中，鈷鹽與沉淀劑水溶液共沉淀，再加入貴金屬鹽溶液，經(jīng)水熱、干燥和焙燒得到負(fù)載型四氧化三鈷催化劑，采用共沉淀法和水熱合成法聯(lián)用制備負(fù)載型四氧化三鈷催化劑。該制備方法簡(jiǎn)單易操作，制備得到的催化劑形貌均一，穩(wěn)定性良好，用于甲烷催化燃燒反應(yīng)可以使CH₄在反應(yīng)溫度400 ^oC以下時(shí)，甲烷轉(zhuǎn)化率可高達(dá)100 %，具有良好的甲烷低溫氧化活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化劑領(lǐng)域，具體涉及一種負(fù)載型四氧化三鈷催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

由于世界石油儲(chǔ)量的日益下降，現(xiàn)在越來越多的研究的重點(diǎn)放在了發(fā)展替代能源上，而豐富的天然氣能源成為了21世紀(jì)最有發(fā)展前景的能量來源。然而，甲烷作為天然氣的主要組成部分，不僅在一些工業(yè)合成過程中作為一種副產(chǎn)物被合成，同時(shí)也是天然氣燃料汽車和天然氣發(fā)電廠主要的烴空氣污染物，其溫室效應(yīng)是CO₂的21倍。目前，所研究的甲烷燃燒催化劑大多需要在較高溫度(>400℃)下促使C-H鍵斷裂，而該溫度不能滿足天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排氣的要求溫度。

貴金屬負(fù)載型催化劑對(duì)甲烷低溫燃燒反應(yīng)展現(xiàn)出良好活性，但是該類催化劑在高溫時(shí)卻沒有較好的穩(wěn)定性，且貴金屬易于在較高溫度下流失和燒結(jié)，致使催化劑活性下降。通過傳統(tǒng)的浸漬法擔(dān)載貴金屬并不能很好的解決這些問題，原因在于這種方法普遍缺乏貴金屬和載體之間的相互作用。Co₃O₄由于在眾多催化反應(yīng)中都具有良好的性能，是過渡金屬氧化物中被最廣泛研究的對(duì)象之一，例如甲烷氧化，CO氧化和NO_x還原反應(yīng)。相比于傳統(tǒng)的負(fù)載Pd催化劑，將Pd封裝在二氧化鈰(Pd@CeO₂)的核-殼催化劑顯示出良好的穩(wěn)定性和較高的催化活性。因此，探尋新穎結(jié)構(gòu)的貴金屬負(fù)載型四氧化鈷催化劑對(duì)甲烷低溫氧化的發(fā)展具有突破性的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供了一種負(fù)載型四氧化三鈷催化劑及其制備方法和應(yīng)用。所述負(fù)載型四氧化三鈷催化劑包括以下組分：貴金屬、貴金屬的氧化物和四氧化三鈷，貴金屬元素的質(zhì)量與貴金屬元素和Co₃O₄的總質(zhì)量的比值為1～10：100，所述負(fù)載型四氧化三鈷催化劑為一維結(jié)構(gòu)。所述制備方法為：在二元醇體系中，鈷鹽與沉淀劑水溶液共沉淀，再加入貴金屬鹽溶液，經(jīng)水熱、干燥和焙燒得到所述負(fù)載型四氧化三鈷催化劑，采用共沉淀法和水熱合成法聯(lián)用制備負(fù)載型四氧化三鈷催化劑。所述制備方法簡(jiǎn)單易操作，制備得到的催化劑形貌均一，穩(wěn)定性良好，應(yīng)用于甲烷催化燃燒反應(yīng)可以使CH₄在反應(yīng)溫度為400℃以下時(shí)，甲烷轉(zhuǎn)化率可高達(dá)100％，具有良好的甲烷低溫氧化活性。同時(shí)，所述負(fù)載型四氧化三鈷催化劑具有穩(wěn)定性好、壽命長、耐水性好等優(yōu)點(diǎn)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)300小時(shí)以上無明顯失活現(xiàn)象，具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明第一方面提供一種負(fù)載型四氧化三鈷催化劑，其特征在于，包括以下組分：貴金屬、貴金屬的氧化物和四氧化三鈷，貴金屬元素的質(zhì)量與貴金屬元素和Co₃O₄的總質(zhì)量的比值為1～10：100，所述負(fù)載型四氧化三鈷催化劑為一維結(jié)構(gòu)。

貴金屬元素的質(zhì)量與貴金屬元素和Co₃O₄的總質(zhì)量的比值為1～10：100，如1～1.5：100、1.5～3：100、3～5：100、5～6：100、6～9：100或9～10：100。

貴金屬和貴金屬氧化物為納米顆粒，粒徑<6nm。