[發(fā)明專利]一種CO氧化整體型催化劑及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911161142.5
• 申請日: 2019-11-24
• 公開（公告）號: CN110813316A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設計）人: 左海珍
• 申請（專利權）人: 左海珍
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J35/02;B01D53/62;B01D53/86
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種CO氧化整體型催化劑及其制備方法，所述整體型催化劑機械強度高，導熱性好，其中Pt的負載量不大于1wt%，能有有效降低催化劑完全轉化的溫度，且所述催化活性的穩(wěn)定性較高，抗水抗二氧化碳能力較強。

技術領域

本發(fā)明涉及一種通過電化學沉積，制備整體式催化劑的方法，屬于電化學制備催化劑領域，所述催化尤其涉及CO氧化催化反應。

技術背景

一氧化碳氧化反應也一個非常重要的有著應用背景的反應，隨著世界性工業(yè)化進程的日 新月異，現(xiàn)代工業(yè)以及交通運輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中伴隨烴類不完全燃燒產(chǎn)生大量C O，公路交通運輸中汽車尾氣的排放，家用煤氣運輸使用等途徑都能產(chǎn)生大量CO氣體，對環(huán)境及人類健康產(chǎn)生極大危害，污染問題日益嚴重。因此，C O催化氧化反應的研究得到了 廣泛重視，如何控制CO排放以及CO消除具有重要現(xiàn)實意義。

目前，對CO的消除主要有物理消除法和化學消除法。物理消除法主要是指利用一些多孔物質(如活性炭等)對CO進行吸附，以減少CO在空氣中的殘留量，但往往實際使用時難以選擇合適的吸附材料，并且由于吸附效率低導致設備體積大，因此該法的應用受到很大的限制。而化學消除法主要包括催化還原法和催化氧化法，其中對低濃度CO的消除最好方式是催化氧化法，使CO與空氣中的O2反應生成無毒性的CO₂。然而，CO在空氣中的燃點為700℃，因而必須使用催化劑實現(xiàn)低溫下的氧化消除。目前對于CO催化氧化領域己有很多研究，同時也發(fā)現(xiàn)有許多催化劑體系，根據(jù)活性組分的不同主要可分為貴金屬催化劑(Au,Pt,Pd等)和非貴金屬催化劑(Cu, Ce, Co等)兩大類。

其中貴金屬催化劑在CO催化氧化反應中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性及穩(wěn)定性，且適量水汽含量的存在不僅不會使催化劑失活，反而使得其活性有所增加。目前，對貴金屬催化劑研究較為常見的活性組分，主要有Au、Pt和Pd等。但由于貴金屬價格昂貴，因此主要是從減少貴金屬用量及提高實用性方面對催化劑進行研究，如制備負載型催化劑、單原子分散催化劑等。

就目前負載貴金屬的方法主要為溶膠凝膠法和浸漬法，而所述制備方法在制備催化劑過程中非常容易發(fā)生燒結團聚，活性組分在高速反應氣流中易流失，進而使得催化劑性能大大下降，而在實際使用時往往完全無法達到其有效使用的條件，因而使其在實際應用時局限性較大，而其他制備方法，如包裹或模板法，其制備周期較長，工藝較為繁瑣。基于上述內容可知，雖然貴金屬低溫催化活性好，但容易團聚和氧化，再加上價格昂貴，因此提高貴金屬的分散度、降低貴金屬用量，提高穩(wěn)定性，仍是貴金屬催化劑的研究重點。

因此，本發(fā)明首次提出一種貴金屬催化劑為Pt/石墨烯活性組分，所述活性組分中貴金屬Pt通過浸漬法和電沉積法獲得，其中浸漬法的負載量較低，能夠有效彌補電沉積法無法大額負載Pt活性組分的缺憾，而電沉積法由于負載量極低，能夠在保證Pt負載量足夠的前提下，有效避免由于負載量大而造成的團聚失活問題。

此外由于石墨烯的比表面積大，使Pt高分散在石墨烯表面，以提高其活性能，且Pt分散度越高，顆粒越小，越有利于催化活性的提高，即本發(fā)明的Pt/石墨烯活性組分能夠有效的兼顧催化活性、穩(wěn)定性和選擇性。

此外，傳統(tǒng)CO氧化催化劑載體均為粉末顆粒，使得催化劑的存在如下缺點(1)裝卸麻煩；(2)不易成型且機械強度不能達到要求；(3)傳質傳熱受阻很大，降低處理效率；(4)催化劑床層前后壓降相差大，增加能耗。而整體式催化劑將催化劑的活性組份、結構化載體和反應器三者集成，單位體積床層的幾何表面積大，具有傳質、傳熱效率高、床層壓降低、催化效率高等優(yōu)點，有利于反應物在催化劑表面的吸附和生成物的脫附釋放、熱量的移出，強化化學反應過程，而且反應器易于組裝、維護和拆卸，被認為是當今多相催化領域中最具前景的發(fā)展方向之一。