一種一氧化碳氧化用催化劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于催化劑制備技術領域，具體涉及一種一氧化碳氧化用催化劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]⑶常溫催化氧化過程涉及消除環(huán)境污染、空氣凈化、CO2激光器中氣體純化、CO傳感器、防毒面具以及密閉系統(tǒng)內(nèi)CO的消除等方面。但是在低溫，尤其是有水蒸氣存在的條件下，許多催化劑均存在活性低、抗水性能差等缺點，使其使用受到限制。因此，低溫條件下具有高活性和穩(wěn)定性的CO氧化催化劑成為研究的熱點。
[0003]目前CO低溫催化氧化研究領域的前沿主要集中在以下幾個方面:優(yōu)化催化劑的制備方法，提高已有催化劑的性能，深入研究催化劑的作用機理和設計可工業(yè)應用的催化劑。在優(yōu)化催化劑的制備方法研究中，有很多研究專注于不斷尋找新的載體或改變原有的載體以提高催化活性。非均相反應大多在較苛刻的條件下進行，常發(fā)生載體與活性相的燒結現(xiàn)象，縮短了催化劑的使用壽命。因此催化劑載體必需具有機械強度高、穩(wěn)定性好、熱傳導好和在反應條件下不發(fā)生燒結等特點，尋找一種性質(zhì)優(yōu)良的新型催化劑載體具有十分重要的意義。常見的催化劑載體主要有氧化鋁、硅膠、活性炭、蜂窩陶瓷、金屬合金和沸石等。但是，采用不同nCe/nAl比的Ce02/Al203復合氧化物為載體制備Pd基一氧化碳氧化催化劑并應用于一氧化碳氧化反應目前還未見相關專利和文獻報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種一氧化碳氧化用催化劑。該催化劑采用CeO2和Al2O3的復合氧化物作為載體，具有較大的比表面積，有利于提高Pd金屬在載體上的分散度，載體本身有較多氧空穴位有利于提高催化劑的一氧化碳氧化活性，另外，利用Ce與Pd的協(xié)同作用，有利于進一步提高催化劑的一氧化碳氧化活性。催化劑具有較高的催化活性和穩(wěn)定性，在氣體空速為10000h—1?30000h—1，CO含量為500ppm?2000ppm的反應條件下，可將⑶有效地催化氧化，活性持續(xù)時間不低于300min，并且可簡單再生重復使用。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:一種一氧化碳氧化用催化劑，其特征在于，包括載體和負載于載體上的活性組分，所述載體為CeO2和Al2O3的復合氧化物，CeO2和Al2O3的復合氧化物中Ce和Al的摩爾比不大于3;所述活性組分為Pd和La，Pd的質(zhì)量為催化劑質(zhì)量的0.1 %?2.5 %，La的質(zhì)量為催化劑質(zhì)量的0.3 %?5.6 %。
[0006]上述的一種一氧化碳氧化用催化劑，其特征在于，所述CeO2和Al2O3的復合氧化物中Ce和Al的摩爾比0.05?I，Pd的質(zhì)量為催化劑質(zhì)量的I %?2.5%，La的質(zhì)量為催化劑質(zhì)量的 0.5% ?
[0007]上述的一種一氧化碳氧化用催化劑，其特征在于，所述CeO2和Al2O3的復合氧化物中Ce和Al的摩爾比0.2，Pd的質(zhì)量為催化劑質(zhì)量的2 %，La的質(zhì)量為催化劑質(zhì)量的I %。
[0008]另外，本發(fā)明還提供了一種制備上述一氧化碳氧化用催化劑的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0009]步驟一、將Al(NO3)3和Ce(NO3)3溶解于去離子水中，得到Al(NO3)3和Ce(NO3)3的混合溶液，將所述混合溶液置于沉淀反應釜中，水浴加熱至700C?900C，然后在攪拌條件下向混合溶液中滴加氨水至混合溶液的pH值為8.0?9.0，靜置老化Ih?3h后過濾，得到濾餅；
[0010]步驟二、將步驟一中所述濾餅用去離子水洗滌后抽干，然后在100°C?120°C下干燥1h?24h，再將干燥后的濾餅在400°C?500°C下焙燒2h?3h，得到CeO2和Al2O3的復合氧化物；
[0011 ] 步驟三、將H2PdCl6溶液和硝酸鑭水溶液混合均勻，得到浸漬液；
[0012]步驟四、將步驟二中所述CeO2和Al2O3的復合氧化物置于步驟三中所述浸漬液中浸漬2h?24h后過濾，將過濾得到的固體在100 °C?120 °C下干燥1h?24h，然后將干燥后的固體在400°C?500°C下焙燒2h?3h，得到催化劑前驅(qū)體；
[0013]步驟五、用氫氣對步驟四中所述催化劑前驅(qū)體進行還原，得到一氧化碳氧化用催化劑。
[0014]上述的方法，其特征在于，步驟三中所述!12?(1(:16溶液中Pd的濃度為0.01g/mL?
0.lg/mL，硝酸鑭水溶液的濃度為0.1M?1.5M。
[0015]上述的方法，其特征在于，步驟五中所述氫氣的流量為100mL/min?200mL/min，還原的溫度為2000C?3000C，還原的時間為Ih?2h。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點:
[0017]1、本發(fā)明采用CeO2和Al2O3的復合氧化物作為載體，具有較大的比表面積，有利于提高Pd金屬在載體上的分散度，另外，載體本身有較多氧空穴位有利于提高催化劑的一氧化碳氧化活性。
[0018]2、本發(fā)明采用CeO2和Al2O3的復合氧化物作為載體，利用Ce與Pd的協(xié)同作用，有利于進一步提高催化劑的一氧化碳氧化活性。
[0019]3、本發(fā)明的催化劑制備過程簡單，貴金屬負載量低，催化劑活性高，完全轉(zhuǎn)化溫度低，具有明顯的應用價值。
[0020]4、本發(fā)明的催化劑具有較高的催化活性和穩(wěn)定性，在氣體空速為lOOOOh—1?30000h—1，C0含量為500ppm?2000ppm的反應條件下，可將CO有效地催化氧化，活性持續(xù)時間不低于300min，并且可簡單再生重復使用。
[0021]下面通過實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。
【具體實施方式】
[0022]實施例1
[0023]本實施例的催化劑包括載體和負載于載體上的活性組分，所述載體為CeO2和Al2O3的復合氧化物，CeO2和Al2O3的復合氧化物中Ce和Al的摩爾比為0.2;所述活性組分為Pd和La，Pd的質(zhì)量為催化劑質(zhì)量的2%，La的質(zhì)量為催化劑質(zhì)量的1%。
[0024]本實施例的催化劑的制備方法包括以下步驟:
[0025]步驟一、將Al (NO3)3和Ce(NO3)3按照1:0.2的摩爾比溶解于去離子水中，得到Al(NO3)3和Ce(NO3)3的混合溶液，將所述混合溶液置于沉淀反應釜中，水浴加熱至80°C，然后在攪拌條件下向混合溶液中滴加氨水至混合溶液的pH值為8.5，靜置老化2h后過濾，得到濾餅；
[0026]步驟二、將步驟一中所述濾餅用去離子水洗滌后抽干，然后在110°C下干燥15h，再將干燥后的濾餅在450 °C下焙燒2.5h，得到CeO2和Al2O3的復合氧化物；
[0027]步驟三、將20mL H2PdCl6溶液和72mL硝酸鑭水溶液混合均勻，得到浸漬液；所述H2PdCl6溶液中Pd的濃度為0.lg/mL，硝酸鑭水溶液的濃度為0.1M;
[0028]步驟四、將97g步驟二中所述CeO2和Al2O3的復合氧化物置于步驟三中所述浸漬液中浸漬20h后過濾，將過濾得到的固體在110 °C下干燥18h，然后將干燥后的固體在450 °C下焙燒2.5h，得到催化劑前驅(qū)體；
[0029]步驟五、用氫氣對步驟四中所述催化劑前驅(qū)體進行還原，得到一氧化碳氧化用催化劑;所述氫氣的流量為150mL/min，還原的溫度為250 °C，還原的時間為2h。
[0030]將本實施例制備的催化劑應用于CO催化氧化反應中，具體方法為:準確稱取Ig催化劑，將稱取的催化劑置于石英直形反應管恒溫段中，將反應管裝于反應加熱爐內(nèi)，向反應管中通入CO和空氣的混合氣(混合氣中CO的體積含量為500ppm?2000ppm)進行反應，氣體空速為lOOOOh—1?30000h—I產(chǎn)物分析采用裝有甲烷轉(zhuǎn)化爐的氣相色譜自動進樣分析，記錄在不同溫度下CO的濃度，以CO的最低完全轉(zhuǎn)化溫度評價催化劑的活性，最低完全轉(zhuǎn)化溫度下持續(xù)轉(zhuǎn)化的時間考察催化劑穩(wěn)定性。結果顯示，本實施例制備的催化劑具有優(yōu)異的催化性能，在上述的評價條件下，在轉(zhuǎn)化溫度為100°C的條件下，CO即可完全轉(zhuǎn)化，并且可連續(xù)使用600min。催化劑失活后重復步驟五的還原操作對催化