本发明专利技术涉及抗烧结四氧化三钴基催化剂及其制备和应用。首先制备多孔TiO2或SiO2材料；然后对多孔材料表面进行修饰，改变材料表面性质；修饰后的载体与Co3O4前驱体具有更强的作用力，可以得到担载量较高抗烧结Co3O4基催化剂，该催化剂同时兼具较高的催化活性。该方法经济廉价，方法简单，具有很好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米催化剂
，尤其是涉及抗烧结四氧化三钴基催化剂及其制备和应用。
技术介绍
碳氢化合物（HC）是城市空气的主要污染源之一，与NOx发生光化学反应，有可能导致光化学烟雾污染，对人类健康和生态环境造成更严重的影响。催化燃烧是一种较为理想的HC净化方式。但是，HC结构非常稳定，催化燃烧反应温度很高。而且，排放或泄露过程中，HC浓度很低进一步加大了HC的催化燃烧治理难度。四氧化三钴（Co3O4）因其具有最弱的M–O键，在很多反应表现出优异的活性。尤其是在低链碳氢的催化燃烧反应中，Co3O4的活性有时甚至高于贵金属铂、钯催化剂的活性，具有较好的应用前景。但是，Co3O4高温易烧结，导致其反应稳定性较差。提高Co3O4的抗烧结性能，对其规模化应用具有重要意义。第二组份，如助剂或载体的协同作用，可以在一定程度上提高Co3O4的抗烧结性能。常规的制备方法存在以下两个问题：当第二组份添加量少时，催化剂的抗烧结性能提高并不明显；当第二组份添加量多少，催化剂的抗烧结性能虽然提高较为显著，但却以牺牲活性为代价。
技术实现思路
针对上述缺点，本专利技术首先基于表面处理后的活性炭，制备二氧化钛（TiO2）或二氧化硅（SiO2）多孔材料载体；进一步，对多孔材料表面进行修饰，改变材料表面性质，然后进行活性组分Co3O4的负载；最终得到抗烧结Co3O4基催化剂，并以丙烷为模拟污染物，对催化剂进行了HC催化燃烧性能研究。本专利技术的技术方案为：首先制备多孔TiO2或SiO2材料；然后对多孔材料表面进行修饰，改变材料表面性质；修饰后的载体与Co3O4前驱体具有更强的作用力，可以得到担载量较高抗烧结Co3O4基催化剂，该催化剂同时兼具较高的催化活性。一种抗烧结四氧化三钴基催化剂，其特征在于，采用多孔材料为载体，四氧化三钴（Co3O4）为活性组分的担载型催化剂。其中，载体多孔材料为二氧化钛（TiO2）或二氧化硅（SiO2）；活性组分担载量可达70%。一种抗烧结四氧化三钴基催化剂的制备方法，其特征在于，所述抗烧结四氧化三钴基催化剂载体的制备方法，首先，将适量活性炭用5倍体积的8mol/L的氢氟酸（HF）溶液100℃水热处理、洗涤干燥；然后称取上述处理后2.6g活性炭浸渍于3mL 7的钛酸四异丁酯或正硅酸乙酯的乙醇溶液中，超声至完全吸附，静置2-6h，20-80℃烘干；最后，300-550℃焙烧4-6h，得多孔材料载体。所述的抗烧结四氧化三钴基催化剂活性组分的担载方法，将上述载体在20mL的1mol/L的氢氧化钠（NaOH）溶液中快速搅拌约30s，过滤；浸渍于4mL的含有14mmol硝酸钴Co(NO3)2·6H2O的水溶液中，超声浸渍30min，20-80℃烘干，500-600℃焙烧4-6h，抗烧结四氧化三钴基催化剂。一种抗烧结四氧化三钴基催化剂在HC催化燃烧的应用。具体实施方式实施例1：载体的制备：首先，将适量活性炭用5倍体积的8mol/L的氢氟酸（HF）溶液100℃水热处理、洗涤干燥；然后称取上述处理后2.6g活性炭浸渍于3mL 7 mmol的钛酸四异丁酯的乙醇溶液中，超声至完全吸附，静置4h，50℃烘干；最后，350℃焙烧4h，得多孔材料载体。催化剂的制备：将上述载体在20mL的1mol/L的NaOH溶液中快速搅拌约30s，过滤；浸渍于4mL的含有14mmol硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）的水溶液中，超声浸渍30min，50℃烘干，550℃焙烧4h，得Co-Ti-550，Co3O4担载量为67%。实施例2：载体的制备：首先，将活性炭用5倍体积的8mol/L的氢氟酸（HF）溶液100℃水热处理、洗涤干燥；然后称取上述处理后2.6g活性炭浸渍于3mL 7 mmol的正硅酸乙酯的乙醇溶液中，超声至完全吸附，静置4h，50℃烘干；最后，350℃焙烧4h，得多孔材料载体。催化剂的制备：将上述载体在20mL的1mol/L的NaOH溶液中快速搅拌约30s，过滤；浸渍于4mL的含有14mmol硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）的水溶液中，超声浸渍30min，50℃烘干，550℃焙烧4h，得Co-Si-550，Co3O4担载量为72%。对比例1：称取2.12g的Na2CO3溶解于20mL去离子水中，配制1mol/L Na2CO3溶液；称取5.82g的Co(NO3)2·6H2O溶于20mL去离子水中，配制1mol/L钴溶液；将钴溶液逐滴滴入碱溶液中，50℃水浴中反应1h，去离子水洗涤至中性，100℃干燥，550℃焙烧4h，得Co-550。应用例1：催化剂催化性能评价是在内径8mm，长250mm的石英管反应器中进行。原料气空速为100000mLg-1cat h-1，丙烷浓度20ppm，平衡气为空气。丙烷完全转化后，在反应气氛下将温度降至室温，再程序升温反应，即重复利用实验。催化性能测试结果见表1。表1 催化剂的丙烷催化燃烧活性表1说明，本专利方法制备的Co3O4基催化剂与纯Co3O4催化剂相比，抗烧结性能明显提高，即550℃焙烧后，依然维持较高的催化活性，T50较纯Co3O4催化剂分别降低42和12℃。尽管说明书中已对抗烧结四氧化三钴基催化剂及其制备和应用进行了详尽、具体的描述，但显然本领域研究人员在阅读了前面说明书的描述后，仍会推断出其它显而易见的变化和内容。因此，本专利技术不限于文中具体的实施方案，凡与本专利技术精神和范围不相违背的内容也应包含在本申请内。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种抗烧结四氧化三钴基催化剂，其特征在于，采用多孔材料为载体，四氧化三钴（Co3O4）为活性组分的担载型催化剂；其中，载体多孔材料为二氧化钛（TiO2）或二氧化硅（SiO2）；活性组分担载量可达70%。
【技术特征摘要】
1.一种抗烧结四氧化三钴基催化剂，其特征在于，采用多孔材料为载体，四氧化三钴（Co3O4）为活性组分的担载型催化剂；其中，载体多孔材料为二氧化钛（TiO2）或二氧化硅（SiO2）；活性组分担载量可达70%。2.根据权利要求1所述的抗烧结四氧化三钴基催化剂的制备方法，其特征在于，所述抗烧结四氧化三钴基催化剂载体的制备方法，首先，将适量活性炭用5倍体积的8mol/L的氢氟酸（HF）溶液100℃水热处理、洗涤干燥；然后称取上述处理后2.6g活性炭浸渍于3mL 7的钛酸四异丁酯或正硅酸乙酯的乙醇溶液中，超声至完全吸附，静置...
【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，赵昆峰，袁静，蔡婷，高振源，杨玲，张涛，金彩虹，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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