[發明專利]一種一氧化碳低溫完全氧化反應方法

在審

• 申請號: 202110317029.2
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113145129A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 周繼承;黃楚琪;張彬鈺;黃蕓
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J37/03;B01J37/16;B01J37/34;B01D53/94;B01D53/62
• 代理公司: 長沙歐諾專利代理事務所(普通合伙) 43234
• 代理人: 歐穎;張文君

本發明提供一種一氧化碳低溫完全氧化反應方法，包括使用一種催化劑，所述催化劑為雜化納米結構Pt催化劑，該催化劑以Pt為活性組分、以FeO_x呈單層或多層涂覆或負載在SiO₂上為復合載體，FeO_x占復合載體總質量的5～20wt％，活性組分Pt占催化劑總質量的0.5～2wt％；催化劑的制備方法包括首先采用沉積沉淀法將FeO_x涂覆或負載在SiO₂上得到復合載體；再使用紫外光和光催化還原法將活性組分Pt納米顆粒錨定或負載到復合載體上。本發明所述方法在120℃下便能使CO達到100％轉化率。且本發明的催化劑制備方法簡單、生產周期短，催化劑分散性好，催化活性高，同時具有較高的穩定性，具有良好的工業應用前景。

技術領域

本發明涉及CO低溫氧化工藝及催化劑領域，具體涉及一種一氧化碳低溫完全氧化反應方法。

背景技術

一氧化碳是一種有毒有害氣體，是大氣污染的一部分，伴隨著工業化、城市化的發展，一氧化碳的量越來越多。一氧化碳是大氣中含量最多的污染物，給人類身體健康以及生活環境造成了非常大的危害。一氧化碳無色無味，吸入人體不易被察覺，極易與人體體內的血紅蛋白結合，使血紅蛋白喪失運輸氧氣的能力，損壞人體神經中樞，從而造成人體一氧化碳中毒。在一些加工企業，出于安全考慮，操作人員都配備有專業的一氧化碳防毒面具來消除或隔絕空氣中的一氧化碳，使人體免受其侵害。眾所周知，如今大氣中一氧化碳的來源主要是烴類物質的不完全燃燒，其中最為主要的是機動車尾氣排放，其次是鍋爐中化石燃料的燃燒。進入21世紀后，全球機動車保有量急劇增加，未來幾年機動車的使用量還會進一步增加，由機動車尾氣造成的大氣污染也會日益嚴重。

CO低溫氧化是指在較低的溫度下，用O₂將較低濃度(0.5％-2％)的CO完全催化氧化，CO低溫氧化反應可以應用于CO防毒面具、一氧化碳檢測器、機動車尾氣處理以及空氣凈化器。除此之外，由于現今的質子燃料膜電池H₂燃料來源主要是重整制得，H₂燃料中微量的CO會對質子燃料膜電池中的電極催化劑以及Pt電極造成很大的毒化作用，所以 CO的低溫氧化反應在富氫中CO的去除領域也具有巨大的應用前景。

對于CO催化劑氧化，由于貴金屬在低溫下有很好的催化活性，所以關于CO在低溫低濃度下的催化氧化大多采用負載貴金屬型催化劑，像Pt、Pd、Au、Ag等。同時由于貴金屬儲量低，價格昂貴，在反應過程中容易團聚失活，在高空速的操作條件下因活性組分容易流失等原因，現在也有一些科研工作者在尋求廉價金屬催化劑來取代貴金屬在CO催化氧化反應中的地位，像CuO-CeO₂，以及鈣鈦都有被用于CO氧化研究。就催化性能而言，廉價金屬的低溫催化性能以及催化效果都還是遠不及負載貴金屬型催化劑。因此在大幅降低貴金屬負載量的同時，提高負載貴金屬催化劑的催化活性、穩定性仍然是貴金屬催化劑研究唯一的出路。

中國專利CN1548368A提供一種用于富氫條件下一氧化碳選擇性氧化催化劑，使用較少量的貴金屬，獲得更高的低溫一氧化碳的氧化活性和選擇性。該催化劑由擔載在多孔性無機物載體上的貴金屬組分和其他金屬組分構成。前述貴金屬組分可以是下列的貴金屬群中至少一種，前述其他金屬組分可以是下列的其他金屬群中至少一種。貴金屬群：鉑、釕、金、銠、鈀；其他金屬群：鐵、鈦、鋯、鋇、錫、鎢、鋅、鉬、鈰、鑭。該發明的催化劑貴金屬含量低，并可有效應用于一氧化碳在富氫氣氛下的選擇性氧化。該發明的催化劑的活性起始溫度低，使用溫度范圍寬，可在80℃-180℃間有效工作。該發明的催化劑在有效工作溫度區間內氧的選擇性可高達80-90％，即在有效去除一氧化碳的同時，氫氣的消耗極少。該專利中催化劑的貴金屬組分和其他金屬組分同時浸漬或先后浸漬于催化劑載體上，所得催化劑用于催化一氧化碳氧化時具備一定的活性。但該專利中的催化劑用于催化一氧化碳氧化時，其中的一氧化碳無法實現100％轉化。

因此，制備出一種催化性活性高、低溫效果好、高溫穩定性好，使用壽命長，且用于CO低溫完全氧化的催化劑仍然是一個具有挑戰的難題。

發明內容