用于甲烷催化燃烧的整体式催化剂及其制备方法技术

一种用于甲烷催化燃烧的整体式催化剂及其制备方法。催化剂包括载体、载体上涂层及负载上，载体为堇青石蜂窝陶瓷，涂层为γ-Al2O3溶胶过渡涂层及CeO2-Y2O3溶胶助剂涂层。制备方法：将堇青石蜂窝陶瓷浸渍在γ-Al2O3溶胶中，烘干焙烧，得到涂覆有γ-Al2O3溶胶过渡涂层的载体；将γ-Al2O3溶胶过渡涂层的载体浸渍在CeO2-Y2O3溶胶中得到担载体；以钯Pd溶胶作为活性组分，将钯Pd溶胶涂覆在担载体之上，得到整体式催化剂且钯的负载量占整体式催化剂总质量的0.05%～0.2%；所述钯Pd溶胶为硝酸钯溶胶、醋酸钯溶胶或氯化钯溶胶。本发明专利技术对甲烷的催化燃烧转化率高，钯Pd用量少。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种贵金属整体式催化剂，具体涉及一种用于甲烷催化燃烧的整体式 催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着人们对于环境污染和能源短缺问题的日益重视，天然气以其储量丰富、价格 低廉、使用方便、热效率高、污染小等优点，被认为是目前最清洁的能源之一。但由于其主要 成分甲烷的燃烧温度很高（1600°C )，天然气在空气中的燃烧产物含有N0X、C0等也可能造 成环境污染。催化燃烧被认为是解决这一问题最有效的途径。 甲烷是最稳定的烃类，通常难以活化或氧化，且甲烷催化燃烧工作温度较高，燃烧 过程中会产生大量的水蒸气，同时天然气中含有少量的硫，因此甲烷等有机物催化燃烧催 化剂必须具备较高的活性和较高的水热稳定性，以及一定的抗中毒能力。而通常催化剂活 性和稳定性是矛盾的，因此开发高效稳定的甲烷低温催化燃烧催化剂引起国内外研究者极 大的兴趣。 贵金属对于碳氢氧化物具有良好的催化燃烧效果。比如，贵金属Pd催化剂已经被 很多文献所报道。这种催化剂对于甲烷等有机物催化燃烧具有两大优势：首先，Pd基催化 剂能够保证在400°C以下进行甲烷的催化燃烧，这一点对于工程应用具有非常重大的意义。 其次，在反应过程中，Pd形成的活性物种具有较低的挥发性（直到800°C)。最后，PdO和 Pd两种活性物种的相互转换能够保证一个较好的催化温度区间。在超过600°C的情况下， 催化燃烧不但需要保证基体有较好的热稳定性，还要阻止活性成分的分解和活性成分的团 聚。 通常贵金属的负载方式有浸渍法，竞争吸附法，离子交换法，沉积沉淀法，溶胶凝 胶法。浸渍法由于操作简便而被广泛采用。但是浸渍法却存在一些不可回避的问题，浸渍 溶液的浓度随浸渍的进行随时在变化，这给准确控制贵金属负载量造成了极大困难，而且 浸渍完后的残余溶液不易回收，造成巨大的资源浪费。相比之下，溶胶凝胶法能够始终保持 溶胶体系浓度的稳定性，并能使贵金属均匀的分布在涂层之上，创造出更多的活性位，拥有 很高的甲烷催化燃烧效率。
技术实现思路
： 本专利技术提供一种能够降低甲烷转化温度的用于甲烷催化燃烧的整体式催化剂及 其制备方法。 本专利技术采用如下技术方案； 本专利技术所述的一种用于甲烷催化燃烧的整体式催化剂，包括载体及涂覆在载体上 的涂层，以及负载在涂层之上的贵金属，载体为堇青石蜂窝陶瓷，且所述堇青石蜂窝陶瓷的 通道密度在100?600目/平方英寸的范围之间：所述涂层为γ-Α1 203溶胶过渡涂层及负 载在Y-A1203溶胶过渡涂层上的Ce0 2-Y203溶胶助剂涂层，所述贵金属为钯Pd。 本专利技术所述的一种用于甲烷催化燃烧的整体式催化剂的制备方法： 步骤1以堇青石蜂窝陶瓷为载体，将堇青石蜂窝陶瓷浸渍在质量百分比浓度在 25 %?30 %之间的γ -A1203溶胶中，浸渍时间为5?30min，取出后烘干、焙烧，得到涂覆有 Y -A1203溶胶过渡涂层的载体且Y -A1203溶胶过渡涂层的质量占涂覆有γ -A1203溶胶过渡 涂层的载体质量的10%?15%，烘干温度为50°C?120°C，烘干时间为2?10h，焙烧温度 为450°C?1000°C，焙烧时间为2?10h，重复烘干、焙烧过程2?5次， 步骤2将γ -A1203溶胶过渡涂层的载体浸渍在Ce02-Y20 3溶胶中，浸渍时间为5? 30min，经烘干、焙烧后，在γ -A1203溶胶过渡涂层表面形成Ce02-Y20 3溶胶助剂涂层并得到 担载体；烘干条件为50°C?120°C，烘干时间为2?10h，焙烧条件为450°C?1000°C，焙烧 时间为2?10h ; 所述Ce02-Y203溶胶采用如下方法得到： 按Ce与Y摩尔比的在6 :1?1 :3之间，按金属离子Ce，Y摩尔量总和与柠檬酸 (C6H807)摩尔量之比在 1 :2 ?5 :1 之间，分别称取 Ce(N03)3 · 6H20、Y(N03)3 · 6H20 及 C6H807 固体粉末，并将这三种固体粉末分别完全溶解于蒸馏水中，得到三种溶液，再将这三种溶液 混合在一起并进行搅拌，得到混合溶液，随后将混合溶液加热至50°C?120°C后保温直到 形成Ce0 2-Y203溶胶， 步骤3以钯Pd溶胶作为活性组分，将钯Pd溶胶涂覆在担载体之上，得到整体式 催化剂且钯的负载量占整体式催化剂总质量的0. 05%?0. 2%;所述钯Pd溶胶为硝酸钯溶 胶、醋酸钯溶胶或氯化钯溶胶，且钯Pd溶胶制备方法如下： 步骤3. 1分别按硝酸钯，醋酸钯及氯化钯中的钯Pd与柠檬酸(：6!1807之摩尔比为 1:1?1:5的比例，称取硝酸钯，醋酸钯，氯化钯和柠檬酸的固体粉末，并分别配制成硝酸钯 的硝酸溶液、醋酸钯的醋酸溶液、氯化钯酸溶液及柠檬酸C 6H807的水溶液，所述氯化钯酸溶 液采用一下方法配制：将氯化钯固体粉末加入至正丁醇且正丁醇没过氯化钯固体粉末，再 在氯化钯固体粉末与正丁醇中的混合液中滴加质量浓度为37%的盐酸，直至氯化钯固体完 全被溶解， 步骤3. 2将硝酸钯的硝酸溶液、醋酸钯的醋酸溶液、氯化钯酸溶液分别加入到柠 檬酸(：6!180 7的水溶液中，分别室温搅拌3〇1^11?6〇1^11，并用质量浓度为25(%?28(%的氨水 调节pH至6?10,继续搅拌至形成溶胶，即得硝酸钯溶胶、醋酸钯溶胶及氯化钯溶胶。 与现有技术相比，本专利技术具有如下优点： 本专利技术所采用的溶胶凝胶法制备的整体式催化剂对甲烷的催化燃烧转化率高，钯 溶胶性能稳定，贵金属用量少。 本专利技术以甲烷催化燃烧为模型来评价整体式催化剂的活性。反应装置示意图如图 9所示。甲烷浓度3. 6%，其余为空气，空速约为ΖΟΟΟΟΙΓ1。反应采用GC-4000A型气相色谱 仪（FID)分析。实验结果表明：相比于传统溶液浸渍法，采用溶胶凝胶法制备的整体式催化 剂具有更优异的甲烷催化活性，本专利技术的溶胶法制备的整体式催化剂具有甲烷转化温度低 的优点，其甲烷转化温度低于溶液浸渍法制备的整体式催化剂。溶胶法制备的整体式催化 齐U，其甲烷催化燃烧转化率曲线如图9所示，溶液浸渍法制备的整体式催化剂，其甲烷催化 燃烧转化率曲线如图10所示。 制备工艺简单，成本低廉，钯溶胶浓度稳定，相比于浸渍钯盐溶液法，具有贵金属 用量少的优点，表1为不同活性源制备的整体式催化剂中钯元素的质量分数。 表 1 : 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于甲烷催化燃烧的整体式催化剂，包括载体及涂覆在载体上的涂层，以及负载在涂层之上的贵金属，其特征是：载体为堇青石蜂窝陶瓷（1），且所述堇青石蜂窝陶瓷（1）的通道密度在100～600目/平方英寸的范围之间：所述涂层为γ‑Al2O3溶胶过渡涂层（2）及负载在γ‑Al2O3溶胶过渡涂层上的CeO2‑Y2O3溶胶助剂涂层（3），所述贵金属为钯Pd（4）。

【技术特征摘要】
1. 一种用于甲烷催化燃烧的整体式催化剂，包括载体及涂覆在载体上的涂层，以及 负载在涂层之上的贵金属，其特征是：载体为堇青石蜂窝陶瓷（1)，且所述堇青石蜂窝陶瓷 (1)的通道密度在100?600目/平方英寸的范围之间：所述涂层为Y-A1203溶胶过渡涂 层（2)及负载在Y-A1203溶胶过渡涂层上的Ce02-Y20 3溶胶助剂涂层（3)，所述贵金属为钯 Pd⑷。2. -种用于甲烷催化燃烧的整体式催化剂的制备方法，其特征是： 步骤1以堇青石蜂窝陶瓷为载体，将堇青石蜂窝陶瓷浸渍在质量百分比浓度在25%? 30%之间的γ -A1203溶胶中，浸渍时间为5?30min，取出后烘干、焙烧，得到涂覆有γ -A1203 溶胶过渡涂层的载体且Y-A1203溶胶过渡涂层的质量占涂覆有y-A120 3溶胶过渡涂层的载 体质量的10%?15%，烘干温度为50°C?120°C，烘干时间为2?10h，焙烧温度为450°C? 1000°C，焙烧时间为2?10h，重复烘干、焙烧过程2?5次， 步骤2将γ-Α1203溶胶过渡涂层的载体浸渍在Ce02-Y20 3溶胶中，浸渍时间为5? 30min，经烘干、焙烧后，在γ -A1203溶胶过渡涂层表面形成Ce02-Y20 3溶胶助剂涂层并得到 担载体；烘干条件为50°C?120°C，烘干时间为2?10h，焙烧条件为450°C?1000°C，焙烧 时间为2?10h ; 所述Ce02-Y203溶胶采用如下方法得到： 按Ce与Y摩尔比的在6:1?1:3之间，按金属离...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖恒成，左沛元，刘苗苗，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32