[發明專利]用于氧化性氣氛的碳納米管負載型催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201611072726.1
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN108114713A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 王勝;高典楠;王樹東;汪明哲
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J23/44
• 分類號: B01J23/44;F23C13/08;F23G7/07
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 鄭虹

一種用于氧化性氣氛的碳納米管負載型催化劑及其制備方法，該催化劑以碳納米管(WCNTs)為載體，以鈀、鉑兩種貴金屬為活性組分，鈀和鉑顆粒均勻的分散在碳納米管的表面；其中貴金屬含量占催化劑總重量的0.1～2wt％，貴金屬活性組分顆粒的粒徑為2～5nm。本發明方法是先對碳納米管進行預處理，然后用等體積浸漬法或者沉積沉淀法制備貴金屬Pd和Pt?Pt/MWNTs催化劑前軀體。采用本發明所述方法制備的催化劑具有活性高、水熱穩定性好、抗毒性等優點，可用于氧化性氣氛中的低濃度甲烷催化燃燒過程，也可用其他碳氫化合物及VOC氣體高效脫除利用過程。

技術領域

本發明屬于能源利用及環境保護技術領域，具體涉及一種用于氧化性氣氛的碳納米管負載型催化劑及其制備方法。

背景技術

隨著環境意識和污染物排放指標的提高，采煤過程中的通風瓦斯氣(其中CH₄濃度<1％)，汽車尾氣中的碳氫化合物以及VOCs的排放不僅造成了資源浪費，而且帶來了嚴重溫室效應和對生態環境的破壞。催化燃燒被認為是解決這一問題最有效的途徑。

通風瓦斯氣、汽車尾氣以及有機廢氣在燃燒反應過程中會產生大量水蒸氣，同時反應物中含少量硫、磷、鹵素等雜質，因此要求催化燃燒催化劑具備較高的活性和水熱穩定性，以及一定的抗中毒能力。開發高效穩定的催化燃燒催化劑引起國內外研究者極大的興趣。目前，開發的兩種主要的甲烷燃燒催化劑是貴金屬燃燒催化劑和金屬氧化物燃燒催化劑。金屬氧化物催化劑主要用于高溫催化燃燒，起燃溫度比較高，不適合用于貧燃條件下的催化燃燒。貴金屬催化劑具有較好的低溫活性，不易揮發，具有較好的應用前景。在眾多的貴金屬催化劑中，鈀的活性較好，文獻中報道最多的是Pd/Al₂O₃催化劑。

負載型Pd催化劑的燃燒研究現狀：

負載Pd催化劑的研究表明，還原態的Pd、PdO或Pd和PdO共存態都可能是貧燃富氧(CH₄濃度低于1％，其余為Air)氣氛下甲烷燃燒的活性組分[Appl Catal B:Environ,2010,95,303-311.，Catalysis Communications,2012,27:109-113.，Catalysis Today,1999,47:29-44]。申請人前期的研究也發現，活性組分Pd價態會隨著反應進行發生變化；Pd和PdO逐漸轉變成高價態的PdO₂，同時伴隨著催化劑的活性下降。這可能是負載Pd催化劑失活的原因之一[Catalytic Communication,2008,9:2583-2587]。

導致負載貴金屬催化劑失活的另一重要原因可能是貴金屬分散度的降低。對于負載型催化劑，載體的晶型、酸堿性、儲放氧能力與穩定性以及載體-活性組分間的相互作用都會顯著影響催化活性和穩定性。如Al₂O₃是一種常用的燃燒催化劑載體，在較高溫度下會產生燒結和晶相的轉變，從而導致表面能下降及顆粒聚集長大，進而使催化活性降低。貴金屬Pt具有較好的低溫活性。因此，相關研究者試圖通過調整負載型貴金屬Pd和Pt催化劑的組成和結構、對催化劑進行摻雜改性，來提高載體的熱穩定性以及載體和活性組分之間的相互作用，從而改善貴金屬Pd和Pt的分散性，達到抑制催化劑失活的目的。

盡管，通過載體的結構優化和摻雜改性能夠在一定程度上減緩Pd催化劑的失活；但是，在富氧氣氛下，Pd和PdO價態的轉變未能從本質上加以調控，因此研究新的催化劑組成和載體，發展催化劑制備技術，使催化劑既有高的Pd分散度，又能夠抑制Pd的聚集，維持Pd活性物種的穩定，對Pd基催化劑進一步應用具有重要意義。

納米管CNTs作為催化劑載體的獨特性質：