[發明專利]用于靜電場協同催化氧化低濃度甲烷氣體的鈷鈰鋯復合金屬氧化物催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201810259826.8
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108435190B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 李熙春
• 申請（專利權）人: 上海倍綠環保科技有限公司
• 主分類號: B01J23/83
• 分類號: B01J23/83;B01J37/08;B01D53/86;B01D53/72;B01D53/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種在低溫溫度區間用于靜電場協同催化氧化低濃度甲烷氣體的鈷鈰鋯復合金屬氧化物催化劑，更具體的說，本發明涉及一種含有Co₃O₄、CeO₂、ZrO₂活性組分，在低溫溫度區間有著優異的靜電場協同催化氧化低濃度甲烷氣體的鈷鈰鋯復合金屬氧化物催化劑，屬于揮發性有機物排放控制污染物控制技術領域。催化劑采用自蔓延高溫燃燒合成法合成。本發明的鈷鈰鋯復合金屬氧化物催化劑能實現對較低濃度稀薄甲烷氣體的有效去除，對于甲烷體積濃度僅為0.2％(2000ppm)的氣體，也有較高的去除效率，且在較低的反應溫度窗口具有較高的活性、穩定性和選擇性。本發明的鈷鈰鋯復合金屬氧化物催化劑制備原料低廉易得，催化劑制備工藝簡單，無毒無害無污染，操作方便。

技術領域

本發明涉及一種在低溫溫度區間用于靜電場協同催化氧化低濃度甲烷氣體的鈷鈰鋯復合金屬氧化物催化劑。更具體的說，本發明涉及一種含有Co₃O₄、CeO₂、ZrO₂活性組分，在低溫溫度區間有著優異的靜電場協同催化氧化低濃度甲烷氣體的鈷鈰鋯復合金屬氧化物催化劑，屬于揮發性有機物(VOCs)排放控制污染物控制技術領域。

背景技術

如今，全球變暖受到越來越多的關注和重視。而甲烷是一種很強的溫室氣體，其溫室效應要比CO₂強21倍,在大氣中一般可以停留10年之久。在天然氣發動機尾氣中有著大量的未燃甲烷排放。同時煤礦也被認為是溫室氣體甲烷的一個重要排放源，在人為溫室氣體總排放中，全球人為甲烷總排放占比17％，同時在全球人為甲烷總排放中，煤礦甲烷排放總量占比8％。在中國，僅煤礦通風系統中的甲烷排放量大約是每年200億立方米。因此控制天然氣發動機、煤礦通風系統等中的甲烷排放是全球面臨的一個重要難題。

一般來說，甲烷在空氣中的可燃極限為5％-15％。而天然氣發動機和煤礦通風系統中的甲烷排放濃度很低，僅有幾千ppm。如此低濃度甲烷因達不到可燃條件，很難直接用燃燒方法去除。催化燃燒具有起燃溫度低、燃燒穩定、低污染、低能耗等優勢，被認為是目前去除低濃度甲烷的有效辦法。目前甲烷的催化氧化研究中存在的問題是大多數催化劑的低溫活性較差，同時低溫活性相對較好的Pd基貴金屬催化劑又存在貴金屬用量較多等問題。研究表明Co元素有著很好的低溫催化氧化能力，同時鈰鋯基載體有著很好的儲氧能力。

目前尚未見到低溫靜電場協同催化氧化甲烷相關的研究報道，但在甲烷水蒸氣重整和甲醛重整方面，已有研究者用通電的方式來提高甲烷的轉化效率。這些方面的研究都發現通電對于催化劑催化性能具有協同效應。

另外，經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN104971727A公開(公告)日2015.10.14，公開了一種高效鎳基甲烷水蒸氣重整制氫催化劑的制備方法，通過甘氨酸～硝酸鹽燃燒法制備燒綠石復合氧化物，采用金屬硝酸鹽或者高氯酸鹽為氧化劑，以有機物為燃料，通過反應混合物之間的氧化還原反應發生自蔓延燃燒，利用燃燒過程自身的放熱合成燒綠石型復合氧化物載體。以硝酸鎳、硫酸鎳、草酸鎳等為鎳源，采用直接浸漬負載到燒綠石型復合氧化物載體上。催化劑中鎳的負載量為催化劑重量的5～20％，燒綠石的含量為催化劑的80～95％。但此催化劑主要針對的是甲烷重整，而不是甲烷的催化氧化。此外，現有的催化氧化甲烷催化劑催化效果并不是很高，特別是低溫段，起燃溫度較高，且這些催化劑一般針對的是1％以上的較高濃度甲烷的去除。相比較，本發明針對的是0.2％的低濃度甲烷的去除，且與低溫靜電場協同耦合后能極大地降低甲烷催化氧化的起燃溫度，且在相對較低的溫度就能達到較高的甲烷去除效率。

發明內容