[發明專利]一種鈀基催化劑、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 202110313336.3
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113042039A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 賀泓;崔暢;余運波;張燕;石曉燕
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: B01J23/44
• 分類號: B01J23/44;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供了一種鈀基催化劑、其制備方法及應用，所述的鈀基催化劑包括氧化鋁載體和負載于所述氧化鋁載體表面的活性組分，所述的氧化鋁載體的晶型為θ晶型，所述的活性組分包括鈀。不同晶型的Al₂O₃載體之間除了孔體積和比表面積存在差異外，其與負載的活性物質PdO間的相互作用強度也不同。盡管θ晶型的Al₂O₃載體的孔體積和比表面積較小，但其負載的活性物質的PdO的晶粒最小，活性物質受熱不易分解且分解后容易再次氧化，可還原性最強，因此以θ晶型的Al₂O₃作為載體的鈀基催化劑在甲烷的催化氧化反應中具有更好的低溫活性。

技術領域

本發明屬于甲烷催化氧化技術領域，涉及一種鈀基催化劑、其制備方法及應用。

背景技術

隨著石油資源的日益短缺,世界各國都加大了對替代能源開發的力度。作為三大石化能源之一的天然氣有著豐富的資源,它作為一種清潔、環境友好的能源，將在全球能源和化工原料方面取代石油而占主導地位，因此，天然氣的開發和利用日益受到人們的關注。

天然氣是目前最清潔的“綠色燃料”，它的最大優勢在于環保效益和潛在的經濟效益。據研究測試表明，機動車燃料由汽油改為天然氣，尾氣排放的污染物將大幅度降低。其中一氧化碳降低90％以上，二氧化碳降低30％，噪音降低40％，也找不到鉛苯、多環芳烴等有害成分。但是，尾氣中甲烷的含量將提高20％以上。由于甲烷是溫室效應很強的氣體(它的溫室效應是二氧化碳的4倍)，其排入大氣中的量需控制在一定范圍內。

甲烷氧化反應中多采用貴金屬催化劑，如Pt、Pd、Rh、Ir或Au等，貴金屬催化劑具有獨特的低溫催化性能，被廣泛地應用于甲烷低溫催化燃燒和廢氣備化氧化凈化處理。其中Pd催化劑對于甲烷完全氧化反應具有較高的催化活性，氧化催化性能最好，作為負載型甲烷低溫氧化催化劑應用的最多。負載型Pd催化劑的載體主要有γ-Al₂O₃和SiO₂，還有ZrO₂、CeO₂、SnO₂、鈰鋯固溶體、鈣鈦礦型氧化物等。

對Pd催化劑上低溫甲烷催化氧化的機理，目前大多數研究者都認為是一種氧化還原機理，首先甲烷分子在PdO顆粒上被活化，甲烷在催化劑上發生氧化還原反應PdO被還原最后產物從催化劑表面脫附，還原態的Pd又被氧化為PdO；該反應的表觀活化能約為70～90kJ/mol，反應級數對甲烷和氧氣分別接近1和0。

CN103203233A公開了一種甲烷催化燃燒鈀基催化劑，是以貴金屬鈀作為活性組分，擬薄水鋁石為鋁源制備的中孔氧化鋁為載體。其中中孔氧化鋁的合成采用工業原料擬薄水鋁石為鋁源加入表面活性劑煅燒處理得到，鈀基催化劑采用的是等體積浸漬法制備。其中介孔氧化鋁的比表面積為200～400m²/g，孔容為0.2～0.8cm³/g，孔徑為3～10nm；活性組分鈀的含量為催化劑總重量的0.1％～1％。

CN107262093A公開了一種甲烷催化燃燒催化劑，包括載體和負載于所述載體上的活性組分，所述載體為氧化鑭改性的氧化鋁，所述活性組分為貴金屬，所述活性組分的外部包覆有為其提供氧空位的包覆層為金屬氧化物層，還包括催化助劑鈰鋯固溶體。

CN108993560A公開了一種耐水耐高溫甲烷氧化催化劑及其制備方法。催化劑由0.5～5wt％PdO、1～10wt％BaCO、85～98.5wt％AlO組成，其中AlO與BaCO的摩爾比為16.5～190.7；BaCO/AlO與PdO的摩爾比為7.8～81.4；BaCO與PdO摩爾比為1.25。制備方法包括：(1)將Ba前驅體浸漬于AlO材料上，經空氣焙燒后形成BaCO/AlO載體；(2)將Pd前驅體浸漬于(2)制得的載體上，經過空氣干燥和焙燒后制得一種PdO/BaCO/AlO耐水耐高溫甲烷氧化催化劑。