專利名稱：一種負(fù)載型室溫燃燒催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種室溫燃燒催化劑的制備方法，具體地說涉及一種以貴金屬為活性組分，以各種氧化物、活性炭等為載體的催化劑該催化劑可以在室溫下使甲醇燃燒，且可用于其他醇類、醛類、烷烴類、一氧化碳、氫氣等的催化燃燒。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，世界能源消費(fèi)的增長(zhǎng)與資源匱乏之間的矛盾日趨尖銳，因此，傳統(tǒng)能源利用技術(shù)的革新成為備受關(guān)注的焦點(diǎn)問題。催化燃燒作為傳統(tǒng)能源的新型利用技術(shù)，已經(jīng)引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的普遍重視。與火焰燃燒相比，催化燃燒主要具有以下優(yōu)點(diǎn)1)起燃溫度低，容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒；2)有利于提高燃燒效率，降低污染物的排放；3)可在較大的燃?xì)獗确秶鷥?nèi)使用；4)噪音 低。正是由于具備上述優(yōu)點(diǎn)，催化燃燒既是一種能耗低，效率高，環(huán)境友好的有機(jī)廢棄物治理技術(shù)，也是能源利用的最佳途徑之一。對(duì)于催化燃燒反應(yīng)，研究較多的有甲烷催化燃燒、一氧化碳催化燃燒、揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)(如甲醇、苯、甲苯、二甲苯、丙酮、乙酸乙酯等)的催化燃燒，揮發(fā)性含氯有機(jī)物(CVOC)(如氯苯、三氯乙烯等)的催化燃燒。在甲燒催化燃燒反應(yīng)中,研究較多的為鈕催化劑。如文獻(xiàn)(Carrazdin et al, CatalToday. 112 (2006) 161)中，當(dāng)(CH4 / O2 / CO2 /He = I / 10 / 3 / 86, V / V /V/ V)的質(zhì)量空速為1，875 m3 / g / h時(shí)，甲烷完全轉(zhuǎn)化的溫度約為500 °C，而文獻(xiàn)(Wang etal, Chin J Catal. 29 (2008) 1043)中，當(dāng)(CH4 / O2 / N2 = I / 4 /45，V / V / V)的體積空速為48，000 IT1時(shí)，甲烷完全轉(zhuǎn)化的溫度約為350 °C。在一氧化碳催化燃燒反應(yīng)中，研究較多的為鉬、鈀、金等催化劑，其中負(fù)載型金催化劑在攝氏零度以下就具有非常高的活性，如文獻(xiàn)(Yan et al, J Am Chem Soc. 127(2005) 10480)中，當(dāng)(CO /Air = I / 100,V / V)的流速為 37 cm3 / min 時(shí)，50 mg 負(fù)載
型金催化劑上一氧化碳完全轉(zhuǎn)化的溫度為-20 °C左右。在VOC和CVOC的催化燃燒反應(yīng)中，負(fù)載型鈀、鉬、銠、釕等貴金屬催化劑以其良好的低溫起燃性能得到廣泛研究，其催化活性因催化劑和反應(yīng)物種類的不同而不同。如文獻(xiàn)(Guillemot et al, Catal Lett. 40 (1996) 175)中，當(dāng)通過 VOC 和 CVOC 飽和汽(N2 /O2 = I / 4，V / V)的空速為30，600 IT1時(shí)，四氯乙烯和甲基乙基酮在I. 2 % Pt/HFAU和I % Pt/NaX催化劑上完全燃燒的溫度分別為500和220 °C。在所有的燃燒反應(yīng)中，關(guān)于甲醇催化燃燒尤其是室溫條件下的催化燃燒研究者較少，在甲醇催化燃燒反應(yīng)中，鈀和鉬催化劑研究的較多，如文獻(xiàn)(la Pefia O’Shea et al,Appl Catal B: Environ. 57 (2005) 191)中，當(dāng)(122. 9 ml/min N2+ 29. 9 ml / min O2+ 0.34 ml /min CO)通過甲醇飽和器后，甲醇在0. I g含鈀催化劑上完全轉(zhuǎn)化溫度為80
°C左右。綜上，貴金屬對(duì)催化燃燒反應(yīng)具有更高的活性。最常用的負(fù)載型貴金屬催化劑的制備方法為初濕浸潰一氫氣還原法，這種方法的缺點(diǎn)是氫氣的可燃性使得還原操作更為復(fù)雜且金屬的還原程度不易控制。因此，開發(fā)簡(jiǎn)便易行的催化劑制備方法非常必要。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)初濕浸潰一氫氣還原法制備負(fù)載型貴金屬催化劑所存在的問題，我們公開了一種新的催化劑制備發(fā)方法初濕浸潰一有機(jī)化合物還原法。該方法克服了初濕浸潰一氫氣還原法中還原操作比較復(fù)雜且危險(xiǎn)性較大的缺點(diǎn)，制備的催化劑活性較高，具有更廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明采用的技術(shù)路線是先利用貴金屬的鹽溶液對(duì)金屬氧化物載體進(jìn)行浸潰，再利用有機(jī)化合物對(duì)金屬鹽進(jìn)行還原。還原反應(yīng)所需要的能量既可以通過體系外加熱設(shè)備來提供，也可以通過體系內(nèi)還原劑的燃燒來提供。后者更為簡(jiǎn)單，只需要5 min就可以完成。 本發(fā)明一種負(fù)載型室溫燃燒催化劑的制備方法，其特征在于具有以下的制備過程和步驟
a.取一定量的有機(jī)貴金屬鹽溶解于一定量的有機(jī)溶劑中，有機(jī)貴金屬鹽為乙酰丙酮鉬 或乙酰丙酮鈀中的任一種；有機(jī)溶劑為丙酮；將其配制成濃度為1.0 2.0 mg/ml的
溶液；
b.在上述的乙酰丙酮鉬或乙酰丙酮鈀的溶液中，加入一定量的載體物質(zhì)，載體物質(zhì)為 氧化鋁或氧化鈦金屬氧化物；在該體系中控制貴金屬活性組分的質(zhì)量百分含量為0. 05
2.0 %;有機(jī)貴金屬鹽溶液與載體物質(zhì)的配比計(jì)量關(guān)系為每I ml有機(jī)貴金屬鹽溶液中相應(yīng)地加入0. I 0. 15 g的載體物質(zhì)；
c.采用初濕浸潰一有機(jī)化合物還原法制備燃燒催化劑將上述體系均勻攪拌后超聲20 30 min，并在室溫條件下干燥6 8小時(shí)；然后將其壓片并粉碎至20 40目；
d.將上述所得顆粒物質(zhì)置于管式電阻爐中，以惰性氣體做載氣，將有機(jī)還原劑的飽和蒸汽帶入上述催化劑體系中，使發(fā)生還原反應(yīng)；所述的有機(jī)還原劑為甲醇、甲醛或丙酮中的任一種；氣體流量為40 50 ml/min ;升溫速率為2 °C/min ;加熱至220 1后，保溫I小時(shí)，然后降至室溫，即制得室溫燃燒催化劑。所述的有機(jī)還原劑除了上述可由惰性氣體將有機(jī)還原劑的飽和蒸汽帶入催化劑體系中使發(fā)生還原反應(yīng)外，也可以將有機(jī)還原劑液體直接加入催化劑體系進(jìn)行點(diǎn)燃操作；前者還原過程中所需能量由體系外的加熱裝置提供；后者還原過程所需能量由體系內(nèi)還原劑自身的燃燒提供。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于催化劑的制備方法簡(jiǎn)單安全，催化劑的活性高。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
將乙酰丙酮鉬溶解于一定量的丙酮中，配成濃度為I. 081 mg/ml的溶液，在18. 5 ml乙酰丙酮鉬的丙酮溶液中加入2 g Al2O3粉末，均勻攪拌后超聲浸潰20 min，在室溫條件下真空干燥6小時(shí)，最后將其壓片并粉碎至20 40目，將催化劑顆粒置于管式電阻爐中，以惰性氣體做載氣，利用甲醇的飽和蒸汽還原，氣體流量為40 ml/min，程序升溫(升溫速率為2°C/min)至220 °C后保持I小時(shí)，降溫，即制得催化劑。催化劑檢測(cè)試驗(yàn)將制得的催化劑置于反應(yīng)器中，通入空氣和甲醇蒸汽的混合氣進(jìn)行反應(yīng)，催化劑用量為0. 2 g，空氣流量為100 ml/min，甲醇含量為其飽和蒸汽，反應(yīng)器溫度為27 °C，利用氣相色譜儀在線測(cè)得該催化劑上甲醇的轉(zhuǎn)化率為99 %。實(shí)施例2
將乙酰丙酮鉬溶解于一定量的丙酮中，配成濃度為I. 081 mg/ml的溶液，在18. 5 ml乙酰丙酮鉬的丙酮溶液中加入2 g Al2O3粉末，均勻攪拌后超聲浸潰20 min，在室溫條件下真空干燥6小時(shí)，最后將其壓片并粉碎至20 40目，將催化劑顆粒置于管式電阻爐中，以惰性氣體做載氣，利用甲醛的飽和蒸汽還原，氣體流量為40 ml/min，程序升溫(升溫速率為2°C/min)至220 °C后保持I小時(shí)，降溫，即制得催化劑。催化劑檢測(cè)試驗(yàn)將制得的催化劑置于反應(yīng)器中，通入空氣和甲醇蒸汽的混合氣進(jìn)行反應(yīng)，催化劑用量為0. 2 g，空氣流量為100 ml/min，甲醇含量為其飽和蒸汽，反應(yīng)器溫度為27 °C，利用氣相色譜儀在線測(cè)得該催化劑上甲醇的轉(zhuǎn)化率為94 %。實(shí)施例3
將乙酰丙酮鉬溶解于一定量的丙酮中，配成濃度為I. 081 mg/ml的溶液，在18. 5 ml乙酰丙酮鉬的丙酮溶液中加入2 g Al2O3粉末，均勻攪拌后超聲浸潰20 min，在室溫條件下真空干燥6小時(shí)，最后將其壓片并粉碎至20 40目，將催化劑顆粒置于管式電阻爐中，以惰性氣體做載氣，利用乙醇的飽和蒸汽還原，氣體流量為40 ml/min，程序升溫(升溫速率為2°C/min)至220 °C后保持I小時(shí)，降溫，即制得催化劑。催化劑檢測(cè)試驗(yàn)將制得的催化劑置于反應(yīng)器中，通入空氣和甲醇蒸汽的混合氣進(jìn)行反應(yīng)，催化劑用量為0. 2 g，空氣流量為100 ml/min，甲醇含量為其飽和蒸汽，反應(yīng)器溫度為27 °C，利用氣相色譜儀在線測(cè)得該催化劑上甲醇的轉(zhuǎn)化率為88 %。實(shí)施例4
將乙酰丙酮鉬溶解于一定量的丙酮中，配成濃度為I. 081 mg/ml的溶液，在18. 5 ml乙酰丙酮鉬的丙酮溶液中加入2 g Al2O3粉末，均勻攪拌后超聲浸潰20 min，在室溫條件下真空干燥6小時(shí)，最后將其壓片并粉碎至20 40目，將催化劑顆粒置于管式電阻爐中，以惰性氣體做載氣，利用丙酮的飽和蒸汽還原，氣體流量為40 ml/min，程序升溫(升溫速率為2°C/min)至220 °C后保持I小時(shí)，降溫，即制得催化劑。催化劑檢測(cè)試驗(yàn)將制得的催化劑置于反應(yīng)器中，通入空氣和甲醇蒸汽的混合氣進(jìn)行反應(yīng)，催化劑用量為0. 2 g，空氣流量為100 ml/min，甲醇含量為其飽和蒸汽，反應(yīng)器溫度為27 °C，利用氣相色譜儀在線測(cè)得該催化劑上甲醇的轉(zhuǎn)化率為80 %。實(shí)施例5
將乙酰丙酮鉬溶解于丙酮中，配成濃度為I. 081 mg/ml的溶液，在18. 5 ml乙酰丙酮鉬的丙酮溶液中加入2 g Al2O3纖維，搖至均勻后加入甲醇點(diǎn)燃至甲醇燃燒完全，即制得催化齊U。催化劑檢測(cè)試驗(yàn)將制得的催化劑置于反應(yīng)器中，通入空氣和甲醇蒸汽的混合氣進(jìn)行反應(yīng)，催化劑用量為0.2 g，空氣流量為100 ml/min，甲醇含量為其飽和蒸汽，反應(yīng)器溫度為27°C，利用氣相色譜儀在線測(cè)得該催化劑上甲醇的轉(zhuǎn)化率為70 %。將該催化劑室溫下置于甲醇溶液上方，從溶液中揮發(fā)出來的甲醇蒸汽可以在催化劑上發(fā)生燃燒，燃燒所釋放出的熱量可以使氧化鋁纖維變紅。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)載型室溫燃燒催化劑的制備方法，其特征在于具有以下的制備過程和步驟 a.取一定量的有機(jī)貴金屬鹽溶解于一定量的有機(jī)溶劑中，有機(jī)貴金屬鹽為乙酰丙酮鉬 或乙酰丙酮鈀中的任一種；有機(jī)溶劑為丙酮；將其配制成濃度為I. O 2.0 mg/ml的溶液； b.在上述的乙酰丙酮鉬或乙酰丙酮鈀的溶液中，加入一定量的載體物質(zhì)，載體物質(zhì)為 氧化鋁或氧化鈦金屬氧化物；在該體系中控制貴金屬活性組分的質(zhì)量百分含量為0. 05 2.0 %;有機(jī)貴金屬鹽溶液與載體物質(zhì)的配比計(jì)量關(guān)系為每I ml有機(jī)貴金屬鹽溶液中相應(yīng)地加入0. I 0. 15 g的載體物質(zhì)； c.采用初濕浸潰一有機(jī)還原劑還原法制備燃燒催化劑將上述體系均勻攪拌后超聲20 30 min，并在室溫條件下干燥6 8小時(shí)；然后將其壓片并粉碎至20 40目； d.將上述所得顆粒物質(zhì)置于管式電阻爐中，以惰性氣體做載氣，將有機(jī)還原劑的飽和蒸汽帶入上述催化劑體系中，使發(fā)生還原反應(yīng)；所述的有機(jī)還原劑為甲醇、甲醛或丙酮中的任一種；氣體流量為40 50 ml/min ;升溫速率為2 °C/min ;加熱至220 1后，保溫I小時(shí)，然后降至室溫，即制得室溫燃燒催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種負(fù)載型室溫燃燒催化劑的制備方法，其特征在于所述的有機(jī)還原劑除了上述可由惰性氣體將有機(jī)還原劑的飽和蒸汽帶入催化劑體系中使發(fā)生還原反應(yīng)外，也可以將有機(jī)還原劑液體直接加入催化劑體系進(jìn)行點(diǎn)燃操作；前者還原過程中所需能量由體系外的加熱裝置提供；后者還原過程所需能量由體系內(nèi)還原劑自身的燃燒提供。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種負(fù)載型室溫燃燒催化劑的制備方法，它為一種初濕浸漬—有機(jī)化合物還原法，利用該方法來制備負(fù)載型室溫燃燒催化劑。初濕浸漬—有機(jī)化合物還原法克服了傳統(tǒng)的初濕浸漬—?dú)錃膺€原法中因氫氣的爆炸性引起的還原操作復(fù)雜及金屬還原度不易控制的缺點(diǎn)。利用該方法制備的負(fù)載型室溫燃燒催化劑的活性組分為貴金屬中的一種或幾種，載體為氧化物、活性炭中的一種。該催化劑具有非常高的催化燃燒活性，可以在室溫甚至更低的溫度下使醇類、醛類、烷烴類、一氧化碳、氫氣等輕易地燃燒。
文檔編號(hào)C10L1/12GK102764646SQ20121022548
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月3日
發(fā)明者張春, 王曉紅, 胡志宇 申請(qǐng)人:上海大學(xué)