当前位置: 首页 > 专利查询>南昌大学专利>正文

一种核壳结构Pd‑Ce@SiO2催化剂及制备方法技术

技术编号:15573797 阅读:236 留言:0更新日期:2017-06-12 02:24
一种核壳结构Pd‑Ce@SiO2催化剂及制备方法,该催化剂是采用反相微乳液法制备的Pd‑Ce@SiO2核壳材料。该催化剂是经过室温搅拌反应、离心、真空干燥、高温焙烧而成。该方法制备的Pd的质量分数为1.5%,Ce的质量分数为3%的Pd‑Ce@SiO2催化剂,在常压下、反应气组成为1% CH4,22% O2,N2平衡气,空速为3,6000ml.gcat‑1.h

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构Pd-Ce@SiO2催化剂及制备方法
本专利技术属于纳米催化剂制备工艺和环境保护

技术介绍
甲烷是天然气的主要成分,由于其储量丰富,在目前化石能源消费中所占比重日益增加,同时又是一种温室气体,其温室效应是CO2的20-40倍,不经处理直接排入大气会造成严重的环境污染,因此低浓度甲烷催化燃烧技术在环境保护领域具有重大意义。目前甲烷催化燃烧催化剂主要分为两大类一类是在低温条件下催化性能较好的负载型贵金属催化剂如钯、铂等,另一类是在高温条件下催化性能好的金属氧化物催化剂如钙钦矿型氧化物、过渡金属氧化物固溶体和六铝酸盐等。负载型贵金属催化剂活性高、选择性好,但是热稳定性差,高温下易烧结和中毒并导致活性下降。如何提高贵金属的利用效率和提高和抗烧结性能是甲烷催化燃烧亟待解决的关键问题。CeO2是一类优异的储释放氧材料,富氧条件下储存氧、贫氧环境下释放氧,可为催化反应提供晶格氧,增加活性组分Pd还原性,抑制PdO高温分解、减缓Pd晶粒长大,有助于增强Pd负载型催化剂的热稳定性,同时Pd和CeO2具有强的金属-载体相互作用。Cargnello等成功制备得到Pd@CeO2核壳结构催化剂,具有优异的甲烷催化燃烧性能,但是该催化剂水热及高温稳定性有待提高。目前研究较多的是以SiO2做外包覆物,因其具有较好的高温热稳定性,在甲烷催化燃烧也可以保持很好的结构稳定性,进而能够有效抑制活性组分聚集,提高其活性和抗烧结性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种核壳结构Pd-Ce@SiO2催化剂及制备方法。该催化剂中Pd-Ce纳米线,且很好的包裹在耐高温SiO2壳层内,在高温反应下能够有效的抑制颗粒的迁移和聚集。采用该方法制备的Pd的质量分数为1%~4%,Ce的质量分数为1%~5%的Pd-Ce@SiO2催化剂,在常压下、反应气组成为1%CH4,22%O2,N2平衡气,空速为3,6000ml.gcat-1.h-1。本专利技术所述的一种核壳结构Pd-Ce@SiO2催化剂,其特征是钯的质量分数为1%~4%,铈的质量分数为1%~5%。本专利技术所述的一种核壳结构Pd-Ce@SiO2催化剂的制备方法,其特征是用聚乙二醇单-4-壬苯醚(n≈5)为表面活性剂,环己烷为溶剂,四氨硝酸钯水溶液为钯源,六水硝酸铈为铈源,正硅酸四乙酯为硅源,浓氨水为沉淀剂,经过室温搅拌反应、离心、真空干燥、高温焙烧制得Pd-Ce@SiO2核壳催化剂。更具体地说,本专利技术所述的一种核壳结构Pd-Ce@SiO2催化剂的制备方法,其特征在于包含以下步骤。称取四氨硝酸钯和六水硝酸铈前驱体盐,将其溶于蒸馏水配成Pd2+浓度为0.0117mol/L~0.0468mol/L,Ce3+浓度为0.0089mol/L~0.0445mol/L的水溶液。将聚乙二醇单-4-壬苯醚(n≈5)溶于环己烷中,加入2.16ml上述四氨硝酸钯和六水硝酸铈水溶液,在30℃下搅拌15h;然后加入2.16ml质量分数28%的浓氨水,在30℃继续搅拌2h,再往其中加入2.5ml正硅酸四乙酯,在30℃继续搅拌48h。往所得溶液中加入16ml乙醇,随后在10000rp/min转速下离心15min收集,用丙酮和环己烷体积比为1:1的混合溶剂洗涤;之后在40℃下真空干燥12h,研磨后在空气气氛下以1~2℃/min升温速率,在600℃焙烧4h,得Pd-Ce@SiO2核壳催化剂。本专利技术以四氨硝酸钯和六水硝酸铈为钯和铈的前驱体直接制得核壳结构Pd-Ce@SiO2,避免了先制备Pd-Ce纳米线或纳米环,再包裹SiO2壳层这种分步法的复杂制备过程。本专利技术制备的催化剂钯的质量分数1.5%,铈的质量分数为3%的Pd-Ce@SiO2,平均Pd-Ce纳米线或纳米环截面尺寸小于5nm,催化剂在甲烷催化燃烧中表现出优良的活性和稳定性。本专利技术所制备的核壳结构催化剂的外包覆物为SiO2。本专利技术所制得的Pd-Ce@SiO2核壳材料中每个硅球中包含多个Pd-Ce纳米线。与现有技术相比,本专利技术制备的催化剂具有如下优点。(1)本专利技术制备过程简单易行,设备要求低、溶剂可回收、对环境无二次污染。(2)本专利技术以四氨硝酸钯和六水硝酸铈为钯和铈的前驱体采用反相微乳液法直接制得核壳结构Pd-Ce@SiO2,避免了先制备Pd-Ce纳米线或纳米环,再包裹SiO2壳层这种分步法的复杂制备过程。(3)本专利技术制备的采用该方法制备的Pd的质量分数为1%~4%,Ce的质量分数为1%~5%的Pd-Ce@SiO2纳米线核壳催化剂,Pd-Ce纳米线或纳米环截面尺寸小于2nm,加上核壳结构的物理限域效应,催化剂在甲烷催化燃烧中表现出优良的活性和抗烧结能力。具有低温高活性、高温抗烧结等优点。附图说明图1为本专利技术制备Pd的质量分数为1.5%,Ce的质量分数为3%的Pd-Ce@SiO2催化剂透射电镜图。图2为本专利技术制备的钯的质量分数为1.5%,铈的质量分数为3%的Pd-Ce@SiO2催化剂的活性测试。图3为专利技术制备的钯的质量分数为1.5%,铈的质量分数为3%的Pd-Ce@SiO2催化剂在800℃下的寿命测试。图4为本专利技术制备的钯的质量分数为1.5%,铈的质量分数为3%的Pd-Ce@SiO2催化剂在800℃下使用50h后的透射电镜照片。具体实施方式为了更清楚的说明本专利技术,列举以下实施例,但其对本专利技术的范围无任何限制。实施例1。称取四氨硝酸钯和六水硝酸铈,共同溶于蒸馏水,配成Pd2+溶度为0.0117mol/L,Ce3+溶度为0.0089mol/L的水溶液。称取20.16g聚乙二醇单-4-壬苯醚(n≈5)溶于环己烷中,往该溶液中加入2.16ml上述配置的硝酸镍水溶液,在30℃下搅拌15h。然后加入2.16ml质量分数28%的浓氨水,在30℃继续搅拌2h,再往其中加入2.5ml正硅酸四乙酯,30℃下继续搅拌48h。往所得溶液中加入16ml乙醇,随后在10000rp/min转速下离心15min收集,用丙酮和环己烷体积比为1:1的混合溶剂洗涤三次。在40℃下真空干燥12h,适当研磨后在空气气氛下以2℃/min升温速率,在600℃焙烧4h,得Pd-Ce@SiO2催化剂,其中钯的质量分数为1.5%,铈的质量分数为3%。催化剂活性测试:取0.05g上述制备的Pd-Ce@SiO2催化剂核壳材料用流速为30ml/min,在常压下、反应气组成为1%CH4,22%O2,N2平衡气。催化剂活性测试以10℃/min的升温速率从200℃升温到800℃。实施例2。称取四氨硝酸钯和六水硝酸铈,共同溶于蒸馏水,配成Pd2+溶度为0.0234mol/L,Ce3+溶度为0.0089mol/L的水溶液。称取20.16g聚乙二醇单-4-壬苯醚(n≈5)溶于环己烷中,往该溶液中加入2.16ml上述配置的硝酸镍水溶液,在30℃下搅拌15h。然后加入2.16ml质量分数28%的浓氨水,在30℃继续搅拌2h,再往其中加入2.5ml正硅酸四乙酯,30℃下继续搅拌48h。往所得溶液中加入16ml乙醇,随后在10000rp/min转速下离心15min收集,用丙酮和环己烷体积比为1:1的混合溶剂洗涤三次。在40℃下真空干燥12h,适当研磨后在空气气氛下以2℃/min升温速率,在600℃焙烧4h,得Pd-Ce@SiO2催化剂,其中钯的质本文档来自技高网...
一种<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/41/201710045357.html" title="一种核壳结构Pd‑Ce@SiO2催化剂及制备方法原文来自X技术">核壳结构Pd‑Ce@SiO2催化剂及制备方法</a>

【技术保护点】
一种核壳结构Pd‑Ce@SiO

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构Pd-Ce@SiO2催化剂,其特征是钯的质量分数为1%~4%,铈的质量分数为1%~5%。2.权利要求1所述的一种核壳结构Pd-Ce@SiO2催化剂的制备方法,其特征是用聚乙二醇单-4-壬苯醚为表面活性剂,环己烷为溶剂,四氨硝酸钯水溶液为钯源,六水硝酸铈为铈源,正硅酸四乙酯为硅源,浓氨水为沉淀剂,经过室温搅拌反应、离心、真空干燥、高温焙烧。3.根据权利要求2所述的一种核壳结构Pd-Ce@SiO2催化剂的制备方法,其特征是包含以下步骤:称取四氨硝酸钯和六水硝酸铈前驱体盐,将其溶于蒸馏水配成Pd2+浓度为0.0117mol/L~0.046...

【专利技术属性】
技术研发人员:彭洪根饶成王翔
申请(专利权)人:南昌大学
类型:发明
国别省市:江西,36

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1