[發(fā)明專利]一種稀土基高熵固溶體催化劑及其制備方法

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• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN107961794A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設計）人: 龔志軍;李保衛(wèi);武文斐;張凱;焦坤靈;羅惠娟
• 申請（專利權）人: 內(nèi)蒙古科技大學
• 主分類號: B01J23/83
• 分類號: B01J23/83;B01D53/86;B01D53/54;F23G7/07
• 代理公司: 北京律遠專利代理事務所(普通合伙)11574
• 代理人: 王冠宇

技術領域

本發(fā)明涉及稀土催化劑技術領域，尤其涉及一種稀土基高熵固溶體催化劑及其制備方法。

背景技術

稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57到71的15種鑭系元素，以及與鑭系元素化學性質(zhì)相似的鈧(Sc)和釔(Y)共17種元素。稀土元素在石油、化工、冶金、紡織、陶瓷、玻璃、永磁材料等領域都得到了廣泛的應用，隨著科技的進步和應用技術的不斷突破，稀土的價值將會越來越高。

稀土氧化物具有順磁性、晶格氧的可移動性、陽離子的可變價以及表面酸堿性，這些性質(zhì)與許多催化作用有本質(zhì)的聯(lián)系。因此，利用稀土元素特有性質(zhì)改進催化劑的性能成為催化劑研究的熱點。尤其是以立方螢石結(jié)構存在的CeO₂通過Ce⁴⁺/Ce³⁺之間的還原為催化反應提供氧，其結(jié)構中氧空位的存在促進了氧的儲存和移動，而且CeO₂的存在可以提高催化劑的熱穩(wěn)定性，改善催化劑的抗中毒能力，從而可以進一步提高催化劑的活性。

雖然稀土氧化物對某些化學反應顯示出一定的催化活性，并可通過納米化制備減小其顆粒尺寸、增大比表面積或調(diào)變表面晶面組成等提高其催化活性，但還是遠低于反應所需的理想狀態(tài)，而且稀土氧化物的熱穩(wěn)定性也不能令人滿意，在高溫下容易燒結(jié)，從而導致催化活性的下降。因此，通過在稀土氧化物中引入其他組分形成固溶體、特定結(jié)構的復合氧化物，以及將稀土氧化物作為載體負載其他活性組分等來提高它的性能是一個有效的途徑，一直受到研究者的關注。

目前，現(xiàn)有稀土基催化劑包含2～4種活性成分，催化劑成分簡單，比例固定，具有單一的晶相結(jié)構，催化活性有待進一步提高，催化應用領域有待進一步拓寬；現(xiàn)有稀土基催化劑一般采用化學純物質(zhì)人工制備而成，不利于環(huán)境保護，并且生產(chǎn)成本過高導致催化劑價格昂貴，使現(xiàn)有稀土基催化劑在催化中的使用成本過高，不利于放大生產(chǎn)推廣應用。

因此，本領域的技術人員致力于在天然稀土礦物中開發(fā)一種低廉易得、催化活性好的稀土基催化劑及其制備方法，以改善稀土基催化劑在現(xiàn)有公開種的不足，滿足應用需求。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是現(xiàn)有稀土基催化劑的成分簡單，催化活性低，制備和使用成本高。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種稀土基高熵固溶體催化劑，其包含以下重量(克)百分比的組分：

重量(克)百分比為50％～65％的稀土氧化物、重量(克)百分比為10％～20％的過渡金屬氧化物、重量(克)百分比為20％～30％的堿土金屬氧化物；

進一步地，所述稀土氧化物包括重量(克)百分比為10％～15％的La₂O₃、重量(克)百分比為25％～30％的CeO₂、重量(克)百分比為2％～5％的Pr₆O₁₁、重量(克)百分比為5％～10％的Nd₂O₃；

進一步地，所述過渡金屬氧化物包括重量(克)百分比為10％～15％的Fe₂O₃；

進一步地，所述堿土金屬氧化物包括重量(克)百分比為20％～25％的CaO；重量(克)百分比為1％～2％的BaO；

進一步地，所述固溶體催化劑還包括其他微量金屬氧化物、非金屬氧化物或載體；微量金屬氧化物和非金屬氧化物包括MnO₂、TiO₂、ZnO、SrO、Y₂O₃、Nb₂O₅；

本發(fā)明還提供了一種稀土基高熵固溶體催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、采用稀土精礦為原料通過酸法或堿法制備前驅(qū)體復合鹽液；

步驟2、將步驟1制得的前驅(qū)體復合鹽液加入負載劑，進行微波水熱合成，得到負載的稀土復鹽結(jié)晶；

步驟3、稀土復鹽結(jié)晶焙燒分解成為氧化物，形成復合氧化物催化劑，得到高熵固溶體催化劑產(chǎn)品。

進一步地，所述步驟1中，酸法制備前驅(qū)體復合鹽液具體步驟包括：將稀土精礦溶于10mol/L的硝酸水溶液中，通過磁力攪拌3～4h使稀土礦充分溶解，濾除固體得到前驅(qū)體復合鹽液；

進一步地，所述稀土精礦與硝酸水溶液的重量體積比(克/毫升)為1:50～1:150；