[發明專利]一種核殼結構Pd?Sn@SiO2催化劑及制備方法

在審

• 申請號: 201710045338.2
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106890640A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 彭洪根;饒成;王翔
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: B01J23/62
• 分類號: B01J23/62;B01D53/86;B01D53/62
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本發明屬于納米催化劑制備工藝和環境保護技術領域。

背景技術

日前，環境惡化日益突出，而CO是空氣中有毒氣體污染物之一。由于其無色、無味，故易于忽略而致中毒，它可與人體的血紅蛋白結合，削弱血紅蛋白輸氧能力，從而出現缺氧，輕者可出現頭痛、頭暈、惡心、嘔吐、全身乏力，重者可因呼吸麻痹而死亡。CO主要來自于機動車尾氣、工廠廢氣、民用爐灶、固體廢棄物焚燒排出的廢氣等。目前 CO的低溫氧化已成為催化研究的熱點之一，其在許多方面都有重要的應用價值，如空氣凈化、CO防毒面罩、CO傳感器等。其中催化氧化是消除CO最有效的方法。

目前CO催化燃燒催化劑主要分為兩大類一類是在低溫條件下催化性能較好的負載型貴金屬催化劑如鈀、鉑等,另一類是在高溫條件下催化性能好的金屬氧化物催化劑如鈣鈦礦型氧化物、過渡金屬氧化物固溶體和六鋁酸鹽等。負載型貴金屬催化劑活性高,但是熱穩定性差,高溫下易燒結和中毒并導致活性下降。如何提高貴金屬的利用效率和抗燒結性能是CO催化燃燒亟待解決的關鍵問題。

SnO₂屬于四方金紅石型結構，是一種典型的n型半導體，由于其高溫熱穩定性，在氣敏材料、氣體傳感器和檢測器、半導體及電池等方面有廣泛的應用。由于SnO₂表面具有活潑的缺位氧，其在催化方面的應用日益引起人們的廣泛關注。如1977年，Fuller等在Nature上發表的結果表明，SnO₂負載Pd催化劑對CO氧化具有高的活性，比常規催化劑Pd/SiO₂活性高的多，并且在有水的情況表現出更加優異的性能，不僅不會抑制CO的氧化活性，反而使得CO的氧化活性有所提高；反觀傳統載體負載型催化劑Pd/SiO₂活性受到水的影響大幅降低，他們得出結論指明這是由于Pd和SnO₂之間存在強烈的金屬與載體間相互作用。傳統的負載法制備的負載型貴金屬催化劑活性高,但是熱穩定性差，貴金屬因燒結聚集而失活。核殼結構材料能有效的解決該問題。目前研究較多的是以SiO₂做外包覆物，因其具有較好的高溫熱穩定性，在一氧化碳催化燃燒也可以保持很好的結構穩定性，進而能夠有效抑制活性組分聚集，提高其活性和抗燒結性能。

發明內容

本發明的目的是提出一種核殼結構Pd-Sn@SiO₂催化劑及制備方法。該催化劑中Pd-Sn納米簇，且很好的包裹在耐高溫SiO₂殼層內，在高溫反應下能夠有效的抑制顆粒的遷移和聚集。采用該方法制備的Pd的質量分數為0.5%～2%，Sn的質量分數為1%～10%的Pd-Sn@SiO₂催化劑，在常壓下、反應氣組成為1% CO，21% O₂，N₂平衡氣，空速為3,6000ml.gcat^-1.h^-1。

本發明所述的一種核殼結構Pd-Sn@SiO₂催化劑，其特征是鈀的質量分數為0.5%～2%，錫的質量分數為1%～10%。

本發明所述的一種核殼結構Pd-Sn@SiO₂催化劑的制備方法，其特征是用聚乙二醇單-4-壬苯醚(n≈5)為表面活性劑，環己烷為溶劑，四氨硝酸鈀水溶液為鈀源，六水硝酸鈰為鈰源，正硅酸四乙酯為硅源，濃氨水為沉淀劑，經過室溫攪拌反應、離心、真空干燥、高溫焙燒制得Pd-Sn@SiO₂核殼催化劑。

更具體地說，本發明所述的一種核殼結構Pd-Sn@SiO₂催化劑的制備方法，其特征在于包含以下步驟。

稱取四氨硝酸鈀和五水四氯化錫前驅體鹽，將其溶于蒸餾水配成Pd²⁺濃度為0.0145mol/L～0.0583mol/L，Sn⁴⁺濃度為0.0261mol/L～0.2612mol/L的水溶液。將聚乙二醇單-4-壬苯醚(n≈5)溶于環己烷中，加入2.16ml上述四氨硝酸鈀和五水四氯化錫水溶液，在30℃下攪拌15h；然后加入2.16ml質量分數28%的濃氨水，在30℃繼續攪拌2h，再往其中加入2.5ml正硅酸四乙酯，在30℃繼續攪拌48h。往所得溶液中加入16ml乙醇，隨后在10000rp/min轉速下離心15min收集，用環己烷洗滌；之后在40℃下真空干燥12h，研磨后在空氣氣氛下以1～2℃/min升溫速率，在600℃焙燒4h，得Pd-Sn@SiO₂核殼催化劑。