一種氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑及其制備方法和應(yīng)用，該催化劑的組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：氧化鈀2~3%，氧化鐵97~98%。該催化劑采用共沉淀方法制備，將氯化鈀和硝酸鐵溶解在蒸餾水中，氯化鈀的濃度為0.01~0.03mol/L，硝酸鐵的濃度為1~2mol/L，蒸餾水的體積為150~200mL。通過共沉淀方法同時沉淀氯化鈀和硝酸鐵，經(jīng)洗滌焙燒后可到氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑。該催化劑在一氧化碳常溫催化氧化反應(yīng)中表現(xiàn)出了很好的活性，高空速條件下一氧化碳轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)70%。本方法具有制備工藝簡單、適合放大生產(chǎn)和催化劑催化氧化效率高等特點。
【專利說明】一種氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑及其制備方法和應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑的制備方法，該催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)常溫一氧化碳催化氧化，在低濃度一氧化碳污染的空氣治理中具有很好的催化活性。在半封閉空間環(huán)境中機動車排放的低濃度一氧化碳室溫催化氧化消除中具有潛在的應(yīng)用前景。
【背景技術(shù)】
[0002]實現(xiàn)溫和條件下的一氧化碳催化氧化在環(huán)境污染物的治理中具有很強的市場前景。例如燃料電池中微量一氧化碳的消除、二氧化碳激光器中痕量一氧化碳的消除以及半封閉空間機動車排放的低濃度一氧化碳消除等。因而需要進(jìn)一步研究開發(fā)室溫一氧化碳催化氧化的高效納米催化材料，推動常溫一氧化碳治理技術(shù)的實際應(yīng)用。
[0003]目前所開發(fā)的具有常溫一氧化碳催化氧化活性的納米催化劑主要以過渡金屬和貴金屬催化劑為主。過渡金屬催化劑如Fe-Co、Cu-Zn, Cu-Mn和Zn-Co等復(fù)合氧化物為代表，對一氧化碳常溫氧化表現(xiàn)出了一定的活性，但在水汽環(huán)境中催化劑的穩(wěn)定性較差，即使在非水汽條件下催化劑活性隨時間也出現(xiàn)下降的現(xiàn)象。貴金屬催化劑中研究最熱門的是金催化劑，可實現(xiàn)零度以下的一氧化碳氧化；文獻(xiàn)公開的擔(dān)載型金催化劑，在-1(T40°C實現(xiàn)一氧化碳完全轉(zhuǎn)化，其所適用范圍為高濃度(0.25^1.0%) 一氧化碳,可應(yīng)用一氧化碳防毒面具，但對低濃度(尤其是IOOppm或以下)一氧化碳的催化氧化情況并未涉及。
[0004]鈀催化劑對一氧化碳催化劑也有較高活性，但其性能不及金催化劑。由于其價格遠(yuǎn)低于金，因而也被廣泛地應(yīng)用于研究一氧化碳的催化氧化。文獻(xiàn)公開的鈀催化劑在室溫下對低濃度一氧化碳保持較好的轉(zhuǎn)化性能，抗水性能良好。有研究組曾報道在鈀-銅催化劑上-30°C可實現(xiàn)一氧化碳(400-1000ppm)的完全轉(zhuǎn)化，但其報道的空速較低，不適合大風(fēng)量的處理條件。需要尋找制備方法簡單，無需對催化劑進(jìn)行預(yù)處理的催化劑，以適合大風(fēng)量處理條件下的實際工程應(yīng)用。本發(fā)明報道一種制備方法簡單，無需預(yù)處理的催化劑，適合于大風(fēng)量條件下的常溫一氧化碳催化氧化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
[0006]一種氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑，其特征在于，該催化劑的組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:氧化鈀2~3%，氧化鐵97~98%。
[0007]一種氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑的制備方法，其特征在于，采用共沉淀方法制備，包括以下步驟:
第一步，將氯化鈀和硝酸鐵溶解在蒸餾水中，氯化鈀的濃度為0.01~0.03 mol/L,硝酸鐵的濃度為I~2 mol/L，蒸餾水的用量為150~200毫升；
第二步，通過共沉淀方法將氧化鈀和硝酸鐵在65°C恒溫條件下同時沉淀；
第三步，將第二步制備好的催化劑洗滌干凈后在100°C自然烘干，然后在30(T4(KrC焙燒4小時，得到氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑。
[0008]所用的前驅(qū)體分別為氯化鈀和硝酸鐵，沉淀劑為氫氧化鈉，或碳酸鈉，或碳酸氫鈉。
[0009]一種氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑在空氣治理中的應(yīng)用，其特征在于，所述催化劑無需進(jìn)行進(jìn)一步的還原等預(yù)處理，在實現(xiàn)常溫60000 mL/(gh)的空速條件下一氧化碳氧化，轉(zhuǎn)化率超過60%。
[0010]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明采用簡單的共沉淀方法制備，催化劑組成具有均勻性。得到的催化劑對常溫條件下大風(fēng)量低濃度一氧化碳表現(xiàn)出了催化氧化效率高的特點，并且具有較好的穩(wěn)定性。本發(fā)明具有的實質(zhì)性特點是:
(1)可以在室溫條件下實現(xiàn)微量一氧化碳(5(Tl00ppm)的有效轉(zhuǎn)化；
(2)利用活性組分與載體的相互作用，提高催化劑的穩(wěn)定性；
(3)適用于大空速6000(Tl20000mL/ (gh)條件；
(4)貴金屬用量低，氧化鈀在催化劑中質(zhì)量百分比低于5%。
[0011]催化劑性能評價在柱型玻璃管反應(yīng)器中進(jìn)行，催化劑質(zhì)量為0.5g，反應(yīng)氣流速為1000 mL/min。反應(yīng)在室溫常壓環(huán)境下進(jìn)行。
[0012]本發(fā)明以未處理氧化鐵為對比催化劑，原料氣CO濃度為lOOppm，以空氣為載氣，反應(yīng)溫度10?20°C，相對濕度30?45%，測試時間為2 h。經(jīng)過約I h后測定CO催化轉(zhuǎn)化
率為O?1%，基本無活性。
[0013]簡單的氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑制備方法，可應(yīng)用于一氧化碳室溫催化氧化，具有較高的催化活性和穩(wěn)定性。
【具體實施方式】
[0014]下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明:本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例。
[0015]實施例1:
(1)將0.16g氯化鈀和25.3g硝酸鐵溶解在6(Tl00 mL蒸餾水中；
(2)將33.6g碳酸氫鈉溶解在200 mL蒸餾水中，并將其穩(wěn)定在65°C恒溫條件下；
(3)將步驟(I)配置的溶液緩慢加入到步驟(2)的溶液中，直至滴加完全。之后繼續(xù)陳化2小時，維持溶液pH至8左右；
(4)陳化結(jié)束后將得到的懸濁液用蒸餾水洗滌干凈，在100°C烘箱中干燥后在400°C中焙燒4小時，即制得所需要的氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑。
[0016]催化劑評價方法:一氧化碳室溫催化氧化反應(yīng)在常壓固定床微型反應(yīng)器(內(nèi)徑為8毫米)中進(jìn)行性能評價。所用原料氣組成為:C0:100ppm，其余為空氣，空速為60000mL/(gh)，催化劑用量0.5g。原料氣體直接經(jīng)過催化劑床層。使用Thermal公司的一氧化碳分析儀進(jìn)行產(chǎn)物分析。儀器的最低檢測限為0.4ppm。
[0017]測試結(jié)果表明，在以上反應(yīng)條件下一氧化碳的的初始轉(zhuǎn)化率接近70%，反應(yīng)10小時后緩慢降低至60%左右。
[0018]實施例2:
(I)將0.16g氯化鈀和25.3g硝酸鐵溶解在6(Tl00 mL蒸餾水中；(2)將33.6g碳酸氫鈉溶解在200 mL蒸餾水中，并將其穩(wěn)定在65°C恒溫條件下；
(3)將步驟(I)配置的溶液緩慢加入到步驟(2)的溶液中，直至滴加完全。之后繼續(xù)陳化2小時，維持溶液pH至8左右；
(4)陳化結(jié)束后將得到的懸濁液用蒸餾水洗滌干凈，在100°C烘箱中干燥后在400°C中焙燒4小時，即制得所需要的氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑。
[0019]催化劑評價方法:一氧化碳室溫催化氧化反應(yīng)在常壓固定床微型反應(yīng)器(內(nèi)徑為8毫米)中進(jìn)行性能評價。所用原料氣組成為:C0:50ppm，其余為空氣，空速為60000mL/(gh)，催化劑用量0.5g。原料氣體直接經(jīng)過催化劑床層。使用Thermal公司的一氧化碳分析儀進(jìn)行產(chǎn)物分析。儀器的最低檢測限為0.4ppm。
[0020]測試結(jié)果表明，在以上反應(yīng)條件下一氧化碳的的初始轉(zhuǎn)化率接近90%，反應(yīng)10小時后緩慢降低至70%左右。
[0021]實施例3:
(1)將0.16g氯化鈀和25.3g硝酸鐵溶解在6(Tl00 mL蒸餾水中；
(2)將21.2g碳酸鈉溶解在200 mL蒸餾水中，并將其穩(wěn)定在65°C恒溫條件下；
(3)將步驟(I)配置的溶液緩慢加入到步驟(2)的溶液中，直至滴加完全。之后繼續(xù)陳化2小時，維持溶液pH至8左右；
(4)陳化結(jié)束后將得到的懸濁液用蒸餾水洗滌干凈，在100°C烘箱中干燥后在400°C中焙燒4小時，即制得所需要的氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑。
[0022]催化劑評價方法:一氧化碳室溫催化氧化反應(yīng)在常壓固定床微型反應(yīng)器(內(nèi)徑為8毫米)中進(jìn)行性能評價。所用原料氣組成為:C0:100ppm，其余為空氣，空速為60000mL/(gh)，催化劑用量0.5g。原料氣體直接經(jīng)過催化劑床層。使用Thermal公司的一氧化碳分析儀進(jìn)行產(chǎn)物分析。儀器的最低檢測限為0.4ppm。
[0023]測試結(jié)果表明，在以上反應(yīng)條件下一氧化碳的的初始轉(zhuǎn)化率接近80%，反應(yīng)10小時后緩慢降低至65%左右。
[0024]實施例4:
(1)將0.16g氯化鈀和25.3g硝酸鐵溶解在6(Tl00 mL蒸餾水中；
(2)將16g氫氧化鈉溶解在200mL蒸餾水中，并將其穩(wěn)定在65°C恒溫條件下；
(3)將步驟(I)配置的溶液緩慢加入到步驟(2)的溶液中，直至滴加完全。之后繼續(xù)陳化2小時，維持溶液pH至8左右；
(4)陳化結(jié)束后將得到的懸濁液用蒸餾水洗滌干凈，在100°C烘箱中干燥后在400°C中焙燒4小時，即制得所需要的氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑。
[0025]催化劑評價方法:一氧化碳室溫催化氧化反應(yīng)在常壓固定床微型反應(yīng)器(內(nèi)徑為8毫米)中進(jìn)行性能評價。所用原料氣組成為:C0:100ppm，其余為空氣，空速為60000mL/(gh)，催化劑用量0.5g。原料氣體直接經(jīng)過催化劑床層。使用Thermal公司的一氧化碳分析儀進(jìn)行產(chǎn)物分析。儀器的最低檢測限為0.4ppm。
[0026]測試結(jié)果表明，在以上反應(yīng)條件下一氧化碳的的初始轉(zhuǎn)化率接近80%，反應(yīng)10小時后緩慢降低至60%左右。
[0027]實施例5:
(I)將0.16g氯化鈀和25.3g硝酸鐵溶解在6(Tl00 mL蒸餾水中；(2)將33.6g碳酸氫鈉溶解在200 mL蒸餾水中，并將其穩(wěn)定在65°C恒溫條件下；
(3)將步驟(I)配置的溶液緩慢加入到步驟(2)的溶液中，直至滴加完全。之后繼續(xù)陳化2小時，維持溶液pH至8左右；
(4)陳化結(jié)束后將得到的懸濁液用蒸餾水洗滌干凈，在100°C烘箱中干燥后在300°C中焙燒4小時，即制得所需要的氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑。
[0028]催化劑評價方法:一氧化碳室溫催化氧化反應(yīng)在常壓固定床微型反應(yīng)器(內(nèi)徑為8毫米)中進(jìn)行性能評價。所用原料氣組成為:C0:100ppm，其余為空氣，空速為60000mL/(gh)，催化劑用量0.5g。原料氣體直接經(jīng)過催化劑床層。使用Thermal公司的一氧化碳分析儀進(jìn)行產(chǎn)物分析。儀器的最低檢測限為0.4ppm。
[0029]測試結(jié)果表明，在以上反應(yīng)條件下一氧化碳的的初始轉(zhuǎn)化率接近40%，反應(yīng)10小時后緩慢降低至35%左右。
[0030]實施例6:
(1)將0.16g氯化鈀和25.3g硝酸鐵溶解在6(Tl00 mL蒸餾水中；
(2)將33.6g碳酸氫鈉溶解在200 mL蒸餾水中，并將其穩(wěn)定在65°C恒溫條件下；
(3)將步驟(I)配置的溶液緩慢加入到步驟(2)的溶液中，直至滴加完全。之后繼續(xù)陳化2小時，維持溶液pH至8左右；
(4)陳化結(jié)束后將得到的懸濁液用蒸餾水洗滌干凈，在100°C烘箱中干燥后在300°C中焙燒4小時，即制得所需要的氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑。
[0031]催化劑評價方法:一氧化碳室溫催化氧化反應(yīng)在常壓固定床微型反應(yīng)器(內(nèi)徑為8毫米)中進(jìn)行性能評價。所用原料氣組成為:C0:100ppm，其余為空氣，空速為120000mL/(gh)，催化劑用量0.25g。原料氣體直接經(jīng)過催化劑床層。使用Thermal公司的一氧化碳分析儀進(jìn)行產(chǎn)物分析。儀器的最低檢測限為0.4ppm。
[0032]測試結(jié)果表明，在以上反應(yīng)條件下一氧化碳的的初始轉(zhuǎn)化率接近50%，反應(yīng)10小時后緩慢降低至30%左右。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑，其特征在于，該催化劑的組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:氧化鈀2?3%，氧化鐵97?98%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑的制備方法，其特征在于，采用共沉淀方法制備，包括以下步驟: 第一步，將氯化鈀和硝酸鐵溶解在蒸餾水中，氯化鈀的濃度為0.0l?0.03 mol/L，硝酸鐵的濃度為I?2 mol/L，蒸餾水的用量為150?200毫升； 第二步，通過共沉淀方法將氧化鈀和硝酸鐵在65°C恒溫條件下同時沉淀； 第三步，將第二步制備好的催化劑洗滌干凈后在100°C自然烘干，然后在30(T4(KrC焙燒4小時，得到氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑。
3.、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑，其特征在于，所用的前驅(qū)體分別為氯化鈀和硝酸鐵，沉淀劑為氫氧化鈉，或碳酸鈉，或碳酸氫鈉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種氧化鈀復(fù)合氧化物催化劑在空氣治理中的應(yīng)用，其特征在于，所述催化劑無需進(jìn)行進(jìn)一步的還原等預(yù)處理，在實現(xiàn)常溫60000 mL/(gh)的空速條件下一氧化碳氧化，轉(zhuǎn)化率超過60%。
【文檔編號】B01J23/89GK103521243SQ201310439997
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】王發(fā)根, 何丹農(nóng) 申請人:上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司