[發明專利]基于金屬與載體強相互作用的高溫穩定擔載型四氧化三鈷催化劑的制備及產品和應用

有效

• 申請號: 201711098478.2
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107855127B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 何丹農;趙昆峰;張林;蔡婷;肖蓓;楊玲;袁靜;金彩虹
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: B01J23/83
• 分類號: B01J23/83;B01J37/03;F23G7/07
• 代理公司: 上海東亞專利商標代理有限公司 31208
• 代理人: 董梅

本發明公開一種基于金屬與載體強相互作用的高溫穩定擔載型四氧化三鈷催化劑的制備及產品和應用，以硝酸鈷為鈷源，碳酸鈉為沉淀劑，鈰鋯鋁固溶體為載體，利用沉積沉淀法制備擔載型Co₃O₄催化劑；硝酸鈷和鈰鋯鋁固溶體于燒杯中，加入去離子水溶液，攪拌使硝酸鈷溶解完全，緩慢加入碳酸鈉溶液于上述懸浮液中，pH調至9，攪拌超聲波振蕩，將所得產物過濾、洗滌、冷凍干燥，在800℃下焙燒3h，得粉末狀Co₃O₄/CeZrAlO材料。該催化劑經過800℃高溫處理后，應用于丙烷催化燃燒反應，仍然具有很好的活性。本發明催化劑原料易得，工藝簡單，催化劑高溫穩定性好，具有極好的應用前景。

技術領域

本發明涉及納米材料的制備領域，具體的涉及一種基于金屬與載體強相互作用的高溫穩定擔載型四氧化三鈷催化劑的制備方法及產品和應用。

背景技術

碳氫化合物（HC）是城市空氣的主要污染源之一，多數HC都是有毒性的，有些HC甚至是潛在的致癌物質，嚴重危害環境和人類健康。此外，HC與NOx發生光化學反應，有可能導致光化學煙霧污染，對人類健康和生態環境造成更嚴重的影響。催化燃燒，產物為二氧化碳和水，無二次污染，是一種治理HC污染的理想方法。

低鏈HC具有非極性和化學穩定性等特點，往往在高溫下才能發生催化燃燒反應。因此，開發高活性和高溫穩定性催化劑是一個急迫而又具挑戰性的課題。鈷氧化物具有最弱的M–O鍵，在烷烴催化燃燒反應中表現出與貴金屬催化劑相比擬的活性，引起越來越多的關注。

納米、亞納米四氧化三鈷（Co₃O₄），具有更高的比表面積和更多的活性位點，選擇性裸露高指數晶面，擁有更多的高密度的臺階位、扭結位原子等，能夠有效提高Co₃O₄催化劑的活性。但是在高溫條件下，上述Co₃O₄催化劑易發生團聚和結構重組等，導致穩定性下降。因此，迫切需要開發高溫穩定的Co₃O₄催化劑。

活性氧化鋁（γ-Al₂O₃）具有豐富的孔結構、高比表面積、價格低廉等特點，是應用最廣泛的催化劑載體之一。其可有效提高活性組分的分散度，提高催化劑活性和穩定性。但是，γ-Al₂O₃與Co₃O₄高溫條件下生成惰性鋁酸鈷化合物，反而會降低催化劑的活性。長時間處于高溫條件下，會全部生成惰性鋁酸鈷或惰性鋁酸鈷將Co₃O₄完全包覆，而使催化劑徹底失活。

鈰鋯鋁固溶體（CeZrAlO）在高溫下，既有較好的儲放氧能力，又兼具高比表面積。通過調變鈰鋯鋁之間的比例，利用合理的制備方法將Co₃O₄定向擔載在載體中鋁、鈰鋯交界處。有望在高溫條件下，界面處形成少量鋁酸鈷將Co₃O₄牢牢固定在載體表面，同時界面處鈰鋯提供活性氧，進一步提高Co₃O₄的活性。

發明內容

針對現有技術缺點與不足，本發明目的在于：提供一種基于金屬與載體強相互作用的高溫穩定擔載型四氧化三鈷催化劑的制備方法。

本發明再一目的在于：提供一種上述方法制備的產品。

本發明又一目的在于：提供一種上述產品的應用。

本發明目的通過下述方案實現：

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種基于金屬與載體強相互作用的高溫穩定擔載型四氧化三鈷催化劑的制備方法，以硝酸鈷為鈷源，碳酸鈉為沉淀劑，鈰鋯鋁固溶體為載體，利用沉積沉淀法制備擔載型Co₃O₄催化劑，包括下述步驟：