[發明專利]一種煤礦乏風瓦斯燃燒催化劑的制備方法及應用

在審

• 申請號: 202210496115.9
• 申請日: 2022-05-09
• 公開（公告）號: CN114931942A
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 鄧存寶;王曉波;黃鑫;王雪峰;王延生;喬玲;高濤;韓青
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B01J23/28
• 分類號: B01J23/28;B01J37/08;F23G7/07
• 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

本發明公開了一種煤礦乏風瓦斯燃燒催化劑的制備方法及應用，催化劑的結構式為Mo?Al₂O₃?SiO₂，其中Mo:Al:Si摩爾比為(0.1~0.5):(0.1~0.3):1。首先將鉬前驅體、鋁前驅體和硅前驅體溶解于溶劑中，超聲分散30分鐘；然后將前驅體溶液放置于火焰噴霧熱解裝置的注射泵中，溶液經過內徑為0.4mm的噴嘴霧化；前驅體溶液經霧化后，在火焰噴霧熱解裝置中被點燃；前驅體液滴在高溫下分解為Mo?Al₂O₃?SiO₂粉末催化劑。本發明提供了一種快速、可規?；傻腗o?Al₂O₃?SiO₂催化劑的制備方法，該催化劑具有良好的抗燒結和結構穩定性；在煤礦乏風瓦斯催化燃燒領域具有良好的應用效果。

技術領域

本發明涉及一種煤礦乏風瓦斯燃燒催化劑的制備方法及應用，屬于催化劑制備技術領域。

背景技術

甲烷的溫室效應是二氧化碳的21倍。煤礦作為瓦斯（甲烷）排放的主要來源，全球年排放量約670億立方米。我國是世界上人為甲烷氣體排放量最大的國家，其中每年由煤礦乏風進入大氣的甲烷總量就達200億立方米，相當于3億噸CO₂所產生的溫室效應。煤礦乏風由于甲烷濃度非常低、波動大（0.1~0.75%）以及排放量巨大等特點。因此，煤礦乏風的大規模減排依然是一個世界性難題。

上世紀70年代，Pfefferle等（Catal. Rev., 1987, 29, 219-267）提出了催化燃燒的概念，并成為甲烷催化甚至能源研究領域的熱點。催化燃燒作為一種高效凈化技術，可以將甲烷在較低溫度下進行完全轉化，進而可以避免因高溫燃燒產生NO_x和CO等污染物問題。目前，甲烷催化燃燒的催化材料主要分為：貴金屬催化劑（Rh、Pd和Pt等）、過渡金屬氧化物催化劑（NiO、CoO、CuO和Fe₂O₃等）、鈣鈦礦和六鋁酸鹽等。其中，Pd基催化劑是研究最多、低溫活性最優的催化劑。但是，Pd基催化劑面臨易燒結、易硫中毒、水熱穩定性差的難題。因此，研制低成本、高活性、抗燒結的鈀基催化劑是煤礦乏風瓦斯催化燃燒進行工業化應用的關鍵。

目前抑制Pd基催化劑燒結的主要方法有：（1）構筑核殼結構，例如Cargnello等制備了氧化鋁負載CeO₂包覆Pd納米顆粒的催化劑，并在甲烷催化燃燒反應中表現出良好的抗燒結性能（Science, 2014, 337, 713-717）；（2）有序介孔限域結構，例如Murthy等（Catal.Sci. Technol., 2021, 11, 3609-3618）制備Pd/SBA-15催化劑，有序介孔結構可以有效抑制Pd納米顆粒的燒結。但目前，甲烷催化燃燒催化劑的穩定性問題仍沒有得到很好地解決。

火焰噴霧熱解技術是一種快速、高效、可規?；苽浼{米材料和單原子催化劑的技術，已經被廣泛應用于碳一化學催化劑的制備（Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 3053-3068）。在火焰噴霧熱解過程中，火焰溫度一般超過1300 ^oC，因而制得催化劑本身具有良好的抗燒結性能。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種煤礦乏風瓦斯燃燒催化劑及其制備方法與應用，其目的在于，采用火焰噴霧熱解方法制備Mo-Al₂O₃-SiO₂顆粒，由于制備方法本身的優勢，Mo-Al₂O₃-SiO₂催化劑具有良好的抗燒結性能和結構穩定性，解決了其催化壽命短的問題，為Mo-Al₂O₃-SiO₂催化劑的合成和研究提供新的方向。