[發明專利]一種用于低濃度甲烷催化燃燒的鈀基核殼結構催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 202110708219.7
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113385217A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 芮澤寶;張麗玲
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B01J29/03
• 分類號: B01J29/03;B01J29/74;F23G7/07
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本發明公開了一種用于低濃度甲烷催化燃燒的鈀基核殼結構催化劑及其制備方法。該催化劑由S?1、Beta等分子篩殼層和Pd納米顆粒核組成。通過在S?1、Beta等分子篩原始膠液中引入雙功能基團巰基硅烷作為鈀前體的穩定劑和硅源，然后水熱結晶實現對Pd納米粒子的原位包封。核殼結構賦予催化劑優異的催化穩定性，而疏水分子篩有較好的抗水性能。本發明所提供的催化劑制備方法和催化劑，有效克服了目前負載型Pd基催化劑高溫穩定性差、制備過程復雜等缺點，進而提供一種高溫穩定性好、抗水性能好、Pd利用效率高、制備工藝簡單且適合工業生產的甲烷催化燃燒鈀基核殼結構催化劑。

技術領域

本發明屬于有機氣體污染物催化燃燒領域，具體地說，涉及一種用于低濃度甲烷催化燃燒的鈀基核殼結構催化劑及其制備方法。

背景技術

天然氣是一種清潔的化石能源，其主要的應用形式為直接燃燒供能。然而，天然氣的不完全燃燒會排放低濃度的溫室氣體甲烷廢氣，直接排放會造成嚴重的環境污染。催化燃燒是一種有效的治理含甲烷廢氣技術，可以在相對較低的溫度下完全轉化甲烷，并且不會產生CO、NO_x等二次污染物，因此在低濃度瓦斯氣體、工業廢氣和天然氣汽車治理領域有著極大的應用前景。

甲烷催化燃燒催化劑可分為金屬氧化物類催化劑和負載型貴金屬催化劑，其中，負載型Pd基催化劑是甲烷催化氧化反應中最有效且研究最為廣泛的一類催化劑。專利CN105457653A通過在氧化鋁載體上原位高溫生成表界面尖晶石功能層，改變活性組分PdO與載體間的電子效應和幾何效應，有效提高了鈀基催化劑的甲烷催化性能；專利CN107983401A通過首先制備Pd的金屬絡合物，然后采用一步晶化法將含Pd絡合物引入ZSM-5分子篩中制備了一種ZSM-5封裝的單原子層Pd催化劑，所制備的催化劑在甲烷催化活性和穩定性方面有了較大的突破，但其對金屬前體的要求很高。Cargnello等（Science, 2012,337(6095): 713）通過有機化合物自組裝法制備了Pd@CeO₂/γ-Al₂O₃核殼結構催化劑，該催化劑具有優異的耐高溫性能，但其制備流程復雜，耐水性能較差，不適合實際的甲烷廢氣處理過程。

發明內容

針對上述甲烷燃燒催化劑所面臨的問題，本發明的目的是為了解決傳統負載型貴金屬催化劑高溫穩定性差、抗水性能差、低溫活性不足和制備過程復雜等缺點，提供一種具有優異低溫活性、抗水性能和高溫穩定性的甲烷催化燃燒鈀基核殼結構催化劑及其工藝簡單、適合工業生產的制備方法。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種用于低濃度甲烷催化燃燒的鈀基核殼結構催化劑由Beta、S-1等分子篩殼層和Pd納米顆粒核組成。

上述用于低濃度甲烷催化燃燒的分子篩包封Pd核殼結構催化劑中，催化劑的重量以100%計，貴金屬Pd按貴金屬元素重量計，貴金屬Pd的重量百分比為0.1~5.0%。

上述用于低濃度甲烷催化燃燒的分子篩包封Pd核殼結構催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、將特定硅源溶于堿性溶液中；

步驟2、將鈀前體溶液和/或分子篩晶種、硅源和/或鋁源緩慢加到步驟1中的混合溶液中；

步驟3、將步驟2制備的反應混合液倒入水熱釜中加熱結晶；

步驟4、將步驟3中得到的固體樣品洗滌、干燥和煅燒得到分子篩包封Pd核殼結構催化劑。

上述制備方法步驟1中，所述特定硅源為（3-巰丙基）三乙氧基硅烷、（3-巰丙基）三甲氧基硅烷或其他含有巰基官能團的硅烷。

上述制備方法步驟1中，堿性溶液指氫氧化銨等銨鹽溶液或者NaOH的水溶液。

上述制備方法步驟2中，鈀前體為硝酸鈀溶液，也可選用氯化鈀和氯鈀酸鈉等溶液。