[發明專利]一種氧化鈀負載型鋅基催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110831648.3
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113546620B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 左瑩;魏學紅;張婷
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: B01J23/60
• 分類號: B01J23/60;B01J32/00;C10L10/00;C10L3/00
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發明公開了一種氧化鈀負載型鋅基催化劑及其制備方法，屬于有機氣體污染物催化燃燒領域。催化劑載體為粒徑在150nm?300nm的氧化鋅，負載的貴金屬鈀以氧化物形式存在，粒徑尺寸主要分布在1.5nm?2.5nm，以催化劑的質量百分數計，氧化鈀負載量占0.2%~0.6%，均勻分散于氧化鋅載體表面。該催化劑通過超聲?焙燒兩步法實現在氧化鋅載體上對氧化鈀的負載，相較于現有鈀基甲烷催化燃燒催化劑，本發明所述催化劑具有低鈀負載量、高活性及穩定性的特點，同時制備工藝簡單，易于推廣應用。

技術領域

本發明涉及一種氧化鈀負載型鋅基催化劑及其制備方法和應用，屬于有機氣體污染物催化燃燒領域。

背景技術

天然氣是一種重要的化工原料和清潔型能源，具有十分廣闊的開發和應用前景。作為天然氣的主要組成成分，甲烷具有高度的四面體對稱性，在溫和條件下極難被活化（其C-H鍵的鍵能高達434?KJ/mol）。在國內外研究中，負載型鈀催化劑是目前性能最好的甲烷燃燒催化劑之一，但在使用過程中高溫會導致鈀物種的燒結失活，降低催化劑的性能和使用壽命，此外，鈀金屬價格昂貴，而且現今的負載型鈀催化劑對活性金屬鈀的用量較高，制備成本大，這些都限制了負載型鈀催化劑在甲烷催化燃燒領域的應用，因此開發具有低負載量、耐高溫的甲烷催化燃燒用負載型鈀催化劑具有重要意義。

發明內容

針對傳統甲烷燃燒用負載型鈀催化劑所面臨的催化劑成本高、穩定性差的問題，提供一種制備工藝簡單、具有低鈀負載量和高活性及穩定性的氧化鈀負載型鋅基催化劑，從而獲得優異的活性及高溫穩定性。本發明還提供了上述氧化鈀負載型鋅基催化劑的制備方法和應用。

本發明中，在超聲條件下，液體會產生大量空泡，空泡破裂產生的高溫高壓及強大能量能夠促使鈀離子在氧化鋅表面形成鈀單質，并使鈀單質在氧化鋅載體上快速良好分散，防止顆粒團聚，后續的焙燒處理可以將鈀單質氧化為氧化鈀，最終得到了一種具有更小氧化鈀粒徑尺寸和更窄粒徑分布的氧化鈀負載型鋅基催化劑。

本發明提供了一種氧化鈀負載型鋅基催化劑，催化劑載體為粒徑在150nm-300nm的氧化鋅，負載的貴金屬鈀以氧化物形式存在，粒徑尺寸主要分布在1.5nm-2.5nm，以催化劑的質量百分數計，氧化鈀負載量占0.2%~0.6%，均勻分散于氧化鋅載體表面。

所述的氧化鋅載體，具有六方纖鋅礦結構，表面負載的貴金屬鈀以氧化物形式存在。

本發明提供了一種氧化鈀負載型鋅基催化劑的制備方法，包括以下步驟：

第一：氧化鋅載體的制備；第二：活性組分氧化鈀的沉積。

所述氧化鋅載體的制備按照下述步驟：

（1）在劇烈的攪拌下將一定比例的醋酸鋅和硝酸鋅溶解于80ml乙醇中；

（2）將反應液裝入內襯為聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中，填充度為70%～90%，密封好于一定溫度反應5~10小時；

（3）待步驟（2）反應釜自然冷卻至室溫后，將所得到的白色沉淀物用去離子水洗滌數次，在烘箱中40～80?℃干燥處理5～20小時，即為氧化鋅載體。

上述步驟（1）中醋酸鋅和硝酸鋅摩爾比為8~10。

上述步驟（2）中的反應溫度為120～160?℃。

所述的活性組分氧化鈀的沉積按照下述步驟：

（1）取1g已制備的氧化鋅載體在攪拌下加入到100ml去離子水中，再滴入一定量的濃度為0.005g/ml的含鈀陽離子前驅體溶液；

（2）將步驟（1）中的懸浮液在40℃超聲1～2小時；

（3）將步驟（2）的產物過濾，所得沉淀物充分洗滌，在烘箱中一定溫度下干燥處理5～10小時，即得到超聲處理樣品；