[發明專利]一種復合尖晶石型催化劑的制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110591556.2
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113289608A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 胡瑞生;徐暢;程天嬌;胡佳楠;高小嬌
• 申請（專利權）人: 內蒙古大學
• 主分類號: B01J23/26
• 分類號: B01J23/26;F23G7/07
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 王攀

本發明屬于催化劑制備技術領域，公開了一種復合尖晶石型催化劑的制備方法，采用溶膠凝膠法制備出復合尖晶石型催化劑，含尖晶石ZnCr₂O₄80％含SiO₂20％的復合尖晶石型催化劑ZnCr₂O₄?SiO₂，并將其應用于在固定床反應器中進行的風排瓦斯氣催化燃燒反應。本發明的復合尖晶石型催化劑制備方法簡單，成本低廉，將該催化劑應用于風排瓦斯氣催化燃燒反應有較好的催化活性和穩定性，其T₁₀、T₅₀、T₉₀分別為225℃、294℃、348℃。

技術領域

本發明涉及催化劑制備技術領域，更具體的說是涉及一種復合尖晶石型催化劑的制備方法和應用。

背景技術

到2020年，全球人為甲烷排放量估計可相當于93.9億公噸CO₂的量，這些排放中大約有54％來自全球甲烷行動(GMI)所針對的五個來源：煤礦、石油和天然甲烷系統、農業(糞便管理)、城市固體廢物和廢水。與過去20年相比，大氣中甲烷濃度的增加速度顯著增加。幾十年來，甲烷一直被認為是地下礦井中的主要危害之一，需要謹慎注意和處理，特別是在煤層中產生高甲烷濃度的礦井(瓦斯礦井)中，在礦藏挖掘過程中會不斷產出甲烷，若是這種甲烷排放不加以適當處理，將積聚在采煤工作面中，對采礦人員和采礦作業構成風險，甚至會導致致命事故，因此往往通過安裝大型通風系統以供應過量的新鮮空氣以此來降低甲烷氣的含量維持礦工的安全運行條件，并將這些被污染的空氣引導至主通風井最終送到地面。然而這種被稀釋的甲烷(通常稱為風排瓦斯氣(VAM))由于其甲烷濃度低(大多數低于2％)，且沒有經濟價值，因此會被直接排放到大氣中，隨著甲烷排放量逐年增長，越來越多的人擔心VAM的直接排放可能會導致溫室氣體在大氣中形成積累，并且浪費了大量的替代燃料能源，損失了巨大的經濟效益，因此如何提高低濃度風排瓦斯氣的利用率是我們目前所研究的關鍵。

目前對于風排瓦斯氣(VAM)的再利用技術可分為兩大類，即輔助用途和主要用途。前者是指將VAM用作鍋爐，渦輪機和內燃機的助燃空氣，后者與使用VAM作為主要燃料以通過催化氧化產生能量有關。但是，甲烷被認為是最穩定的碳氫化合物，難以氧化，即使在昂貴的基于Pt或Pd的催化劑上，其催化點火也需要相對較高的溫度。

因此，如何提供一種低成本且催化反應溫度合適的復合尖晶石型催化劑是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種成本低廉、制備方法簡單的復合尖晶石型催化劑的制備方法，所制備得到的復合尖晶石型催化劑具有良好的催化活性，將其應用于風排瓦斯氣的催化燃燒反應可有效降低甲烷的完全轉化溫度，具有良好的熱穩定性。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種復合尖晶石型催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)稱取Cr(NO₃)₃·9H₂O、Zn(NO₃)₃·6H₂O、SiO₂和檸檬酸，溶于乙醇水溶劑中，攪拌至溶解完全，得到混合液；

(2)將步驟(1)得到的混合液置于恒溫水浴鍋中加熱，充分攪拌后得到濕凝膠；

(3)將所述濕凝膠在室溫下老化2h，然后放入電熱恒溫箱中進行恒溫干燥，得到干燥凝膠；

(4)將所述干燥凝膠研磨成粉狀，在馬弗爐中焙燒，即得到復合尖晶石型ZnCr₂O₄-SiO₂催化劑。