一种合成纳米三效催化剂的方法技术

一种合成纳米三效催化剂粉体的方法，属于催化剂制备工艺技术领域。本发明专利技术以金属无机盐和商业载体为原料，在溶剂中，于60～300℃下反应1～720分钟，通过控制反应物摩尔比、反应物浓度、还原剂及反应温度等实验参数，形成系列组成、结构、形貌和尺寸可控的纳米三效催化剂。该方法原料价廉易得，反应耗时少，溶剂可重复利用，设备简单，易于实现控制，工艺重复性好，产品质量稳定，操作安全可靠，适于工业放大生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米三效催化剂粉体的合成方法，属于催化剂制备工艺

技术介绍
近年来，随着经济发展，人民生活水平提升，居民汽车保有量持续升高，机动车尾气污染对环境的影响日益突出。三效催化剂能够有效除去机动车尾气中的碳氢化合物、氮氧化物和一氧化碳等有害气体污染物，已经被广泛使用，多国政府强制要求机动车必须安装负载有三效催化剂的尾气处理装置。由于环境问题的突出，对于三效催化剂性能的要求也日益提高。目前，三效催化剂的改善多采用在载体中掺杂其他成分的助催化剂的方法，很少涉及贵金属部分的制备。而贵金属催化剂部分的制备一般使用浸渍法(AppliedCatalysisB:Environmental,163卷,499-509页,2015年)，催化剂中的贵金属尺寸往往较大，金属利用率低，且工艺控制较难，催化效率难以提升。近年来，纳米科学高速发展，出现了很多合成贵金属纳米粒子的方法。Wang等(Nature,437卷,121-124页,2005年)开发了一种普适方法以合成贵金属纳米颗粒，该方法以油酸、乙醇和水为溶剂，在水热体系中合成贵金属纳米颗粒。但需要较低的溶液浓度，水热釜中压力较大，所需温度较高，因而产量有限，放大后又存在一定的安全问题；Mazumder等(JournaloftheAmericanChemicalSociety,131卷,4588-4589页,2009年)开发了以油胺为溶剂和表面活性剂，贵金属盐为前驱物的方法，但所用溶剂油胺价格昂贵，所用溶剂不易分离，后续还需要负载在载体上，负载过程也容易产生贵金属损失，造成了工艺复杂，成本较高，难于放大生产。水热、油胺、油酸钠等，但产量低、需要后负载造成损失和工艺复杂化限制了其工业化应用，为了有效控制尾气污染，发展一种催化剂粒径均一可控、工艺难度低，便于工业化生产，贵金属原子利用率高和催化性能好的催化剂制备方法已经迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米三效催化剂粉体的合成方法，使其具有工艺难度低，易于放大，调控方便，以及贵金属原子利用率高和催化性能好的特点，从而易于实现大规模的工业化生产。本专利技术的技术方案如下：一种合成纳米三效催化剂粉体的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：1)在醇溶剂中加入催化剂前驱物，即Pd、Pt、Rh和Ir中的一种或几种贵金属的化合物、表面活性剂以及载体，贵金属化合物的总摩尔浓度为0.0001～1mol/L；表面活性剂的总质量浓度为0-5克/ml溶剂；载体的总质量与所加贵金属化合物中的贵金属的总质量之比为5:1～10000:1；2)在温度为60～300℃的条件下加入还原剂的醇溶液，反应时间为1～720分钟，得到灰黑色的浑浊溶液，除去溶剂；所加还原剂的总摩尔浓度为0.0001-10mol/L，还原剂与贵金属化合物摩尔比为0:1-100:1；3)将所得产物用乙醇或水洗涤，烘干后可得纳米三效催化剂粉体。本专利技术提供的另一种合成纳米三效催化剂粉体的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：1)在醇溶剂中加入载体；2)升温至60～300℃，加入Pd、Pt、Rh、Ir中一种或几种贵金属化合物的醇溶液，所得含有载体和贵金属化合物的溶液中贵金属化合物的总摩尔浓度为0.0001～1mol/L溶剂，反应时间范围为1～720分钟，得到灰黑色的浑浊溶液，除去溶剂；3)将所得产物用乙醇或水洗涤，烘干后可得纳米三效催化剂粉体。溶剂采用甲醇、乙醇、乙二醇、1-丙醇、2-丙醇、丙三醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、正丁醇、叔丁醇、2-丁醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,2,3-丁三醇，1,2,4-丁三醇、丁四醇中的一种或几种所组成的醇溶剂。贵金属化合物采用钯、铂、铑、铱贵金属金属的硝酸盐,、醋酸盐、或所述金属的乙酰丙酮盐、或氯化物，以及含相应贵金属元素的配合物或含其配离子的酸、碱或盐。还原剂采用硼氢化钠、甲硼烷-叔丁胺络合物、氨硼烷、三叔丁氧基氢化铝锂和三辛基膦中的一种或几种。表面活性剂使用聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、四丁基溴化铵中的一种或几种。所述载体采用氧化铝、氧化铈、氧化锆、铈锆固溶体、氧化镧、氧化钇、氧化钛、氧化铌、氧化铪、氧化镍、氧化铁、氟化铯、氟化锶、碳酸铯、碳酸锶、氧化镁、氟化镁、碳酸镁、氧化硅、氟化钙、氟化钾、碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、氧化钡、氟化钡、碳酸钡、碳酸钾、硫酸氧镧、氧化铯、氧化锶、氧化钾、氢氧化铯、氢氧化锶、氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化铁、氢氧化镍中的一种或几种所组成的混合载体。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：本专利技术采用贵金属化合物如硝酸盐、醋酸盐、氯化物、乙酰丙酮盐以及其他常见化合物为原料，及醇溶剂如甲醇、乙醇、乙二醇、1-丙醇、2-丙醇、丙三醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、正丁醇、叔丁醇、2-丁醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,2,3-丁三醇，1,2,4-丁三醇、丁四醇为溶剂，采用简单的途径制备出了纳米三效催化剂。产品中的贵金属颗粒形貌均一、分散性好、粒径分布窄，且组成、尺寸可调可控。该方法采用“一锅法”合成催化剂粉体，工艺简单，易于放大生产，且原料价廉易得；所得产品也具有比较大的性能调控空间，如可以通过调节贵金属的组成，即合成中不同贵金属的比例使其催化性能得到调节，也可以通过调控载体的组成来调节纳米三效催化剂的活性和稳定性。总之，本专利技术提供了一种合成纳米三效催化剂粉体的简单易行的方法，非常适于工业化放大生产，具有极为广阔的应用前景。附图说明图1为全Pd三效催化剂粉体的透射电子显微镜图。图2为Rh催化剂粉体的透射电子显微镜图。图3为Pd-Rh三效催化剂粉体的投射电子显微镜图。图4为Pd/Al2O3三效催化剂性能测试的转化率-温度曲线。具体实施方式本专利技术提供的一种合成纳米三效催化剂粉体的方法，其具体包括按如下步骤：1)制备催化剂前躯体溶液：在醇溶剂中加入表面活性剂、载体以及Pd、Pt、Rh和Ir中的一种或几种贵金属的化合物，贵金属的化合物的总摩尔浓度为0.0001～1mol/L；表面活性剂的总质量浓度为0-5克/ml溶剂；载体的总质量与所加贵金属化合物中的贵金属的总质量之比为5:1～10000:1；2)在温度为60～300℃的条件下加入还原剂的醇溶液，反应时间为1～720分钟，得到灰黑色的浑浊溶液，除去溶剂；所加还原剂的总摩尔浓度为0.0001-10mol/L，还原剂与贵金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成纳米三效催化剂粉体的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：1)制备催化剂前躯体溶液：在醇溶剂中加入表面活性剂、载体以及Pd、Pt、Rh和Ir中的一种或几种贵金属的化合物，贵金属化合物的总摩尔浓度为0.0001～1mol/L；表面活性剂的总质量浓度为0‑5克/ml溶剂；载体的总质量与所加贵金属化合物中的贵金属的总质量之比为5:1～10000:1；2)在温度为60～300℃的条件下加入还原剂的醇溶液，反应时间为1～720分钟，得到灰黑色的浑浊溶液，除去溶剂；所加还原剂的总摩尔浓度为0.0001‑10mol/L，还原剂与贵金属化合物摩尔比为0:1‑100:1；3)将所得产物用乙醇或水洗涤，烘干后得到纳米三效催化剂粉体。

【技术特征摘要】
1.一种合成纳米三效催化剂粉体的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：
1)制备催化剂前躯体溶液：在醇溶剂中加入表面活性剂、载体以及Pd、Pt、Rh和Ir中
的一种或几种贵金属的化合物，贵金属化合物的总摩尔浓度为0.0001～1mol/L；表面活性剂的总
质量浓度为0-5克/ml溶剂；载体的总质量与所加贵金属化合物中的贵金属的总质量之比为
5:1～10000:1；
2)在温度为60～300℃的条件下加入还原剂的醇溶液，反应时间为1～720分钟，得到灰
黑色的浑浊溶液，除去溶剂；所加还原剂的总摩尔浓度为0.0001-10mol/L，还原剂与贵金属化合
物摩尔比为0:1-100:1；
3)将所得产物用乙醇或水洗涤，烘干后得到纳米三效催化剂粉体。
2.一种合成纳米三效催化剂粉体的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：
1)首先在醇溶剂中加入载体，然后升温至60～300℃，再加入Pd、Pt、Rh和Ir中的一种
或几种贵金属化合物的醇溶液，所得含有载体和贵金属化合物的溶液中贵金属化合物的总摩尔浓
度为0.0001～1mol/L溶剂，反应时间为1～720分钟，得到灰黑色的浑浊溶液，除去溶剂；
3)将所得产物用乙醇或水洗涤，烘干后可得纳米三效催化剂粉体。
3.按照权利要求1或2所述的合成纳米三效催化剂的方法，其特征在于：醇溶剂采用甲醇、
乙醇、乙二醇、1-丙醇、2-丙醇、丙三醇、1,3-丙二醇、1,2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚栋，张享波，刘向文，陈晨，王定胜，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11