一种Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Ce‑Zr‑M整体结构燃烧催化剂及制备方法。催化剂的基质采用整体蜂窝，在基体表面涂覆Ce、Zr的氧化物以及氧化物M，其中氧化物M由Ti、Si、Al、V、W、Co氧化物中的一种或几种按一定比例组成；然后在涂覆该混合氧化物涂层的载体上，浸渍活性组分Pt、Pd。所述氧化物涂层中Ce、Zr、M比例为1:0.1～4：1～50，以整体蜂窝陶瓷体质量为基准，Ce、Zr氧化物及M所占的比例为0‑30wt％，活性组分Pt、Pd或Pt‑Pd所占的比例为0.01wt％‑0.2wt％。本发明专利技术公开的整体结构催化剂具有高的活性和稳定性，起燃点低，阻力降小，催化剂制备工艺简单，成本低。适用于以天然气、石油液化气或煤气为燃料的热水器或燃气锅炉的燃烧尾气净化，也可用于含硫VOCs气体高效脱除净化。

Ce-Zr-M monolithic structure combustion catalyst and preparation method thereof

The invention discloses a Ce Zr Zr M monolithic structure combustion catalyst and a preparation method thereof. The catalyst matrix uses a whole honeycomb, coating Ce, Zr oxide and oxide M on the surface of the matrix, in which the oxide M is made up of one or more of Ti, Si, Al, V, W, Co oxides, and then the active component of the soaked active component is Pt and Pd on the carrier coated with the mixed oxide coating. The ratio of Ce, Zr and M in the oxide coating is 1:0.1 to 4:1 ~ 50, which is based on the quality of the whole honeycomb ceramic body, and the proportion of Ce, Zr oxide and M is 0, and the proportion of active components Pt, Pd or Pt. The overall structure catalyst disclosed by the invention has high activity and stability, low ignition point, low resistance drop, simple preparation process and low cost. It is suitable for the purification of the combustion tail gas of the water heater or gas boiler with natural gas, LPG or gas as fuel, and it can also be used to remove and purify the VOCs gas with sulfur.

【技术实现步骤摘要】
一种Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂及制备方法
本专利技术属于催化燃烧环境保护领域，具体涉及一种Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂及制备方法。。
技术介绍
CO是煤、石油等含碳物质不完全燃烧的产物，是一种无色、无臭、无刺激性的有毒气体，几乎不溶于水，在空气中不易与其他物质产生化学反应，CO在大气底层不易扩散，停留时间较长。人类接触CO后时间长就会产生缺氧而损害人的中枢神经系统，当CO浓度达到30mg/m3时，就可引起头痛乏力、口唇呈樱桃红、心跳加快等症状，时间长就会产生缺氧而损害人的中枢神经系统，造成头昏、头痛、生理不适、疲劳等症状，严重时过高的CO浓度或者接触过长时间都可导致死亡，我国每年因燃气热水器CO中毒事件时有发生。因此，CO的排放对人类的健康具有非常严重的后果，引起了人们的普遍关注。CO的消除方法包括物理吸附消除法和化学转化消除法。物理吸附消除法主要是利用比表面积大的多孔材料(如多孔碳、活性碳)对CO进行吸附。但物理消除法有诸多缺点：吸附效率低、设备体积大、频繁更换。化学转化消除法主要包括催化还原法和催化氧化法。催化还原法是通过活性氢原子等将CO还原为更具有利用价值的CxHyOz型化合物，但是目前该法只停留在实验室理论研究层面，据推广应用还存在较大差距；目前消除大量低浓度CO常用的方法是催化氧化法。中国专利101474566中介绍了由蜂窝陶瓷载体于涂覆于γ-Al2O3涂层以及非贵金属铜/锰/银复合氧化物组成的催化剂及制备方法，采用等体积浸渍法将前驱体浆料负载于堇青石蜂窝陶瓷载体上，经干燥和焙烧处理制得整体催化剂。该催化剂制备成本低，但耐硫性能和稳定性能未知。中国专利102407130公开了一种催化燃烧复合金属氧化物整体式催化剂的制备方法，以Co、Mn、Ce盐及碳酸盐为原料，采用共沉淀法制备涂层材料CeO2，再将Co、Mn盐溶液按不同摩尔比负载到涂层材料CeO2中，经干燥、焙烧后制得Co/Mn/CeO2复合氧化物粉末催化剂，再经过球磨、浸浆涂覆到蜂窝陶瓷上，最后经干燥、焙烧制得整体式催化剂，该催化剂具有成本低，催化活性高等特点，但耐硫性能未知。中国专利103831104A中介绍一种将贵金属活性组分Pt-Pd负载在堇青石整体式催化剂的制备方法，涂层的组分为Al2O3、SiO2、富铈混合稀土氧化物、K的混合物，混合涂层材料虽然效果可以，但是制备过程比较繁琐。为此，本专利技术的目的是提供一种制备工艺简单、催化活性高、耐硫性好的燃烧催化剂制备工艺。
技术实现思路
针对目前公开的耐硫燃烧催化剂制备工艺复杂、成本高、耐水热耐硫性差等特点，本专利技术提出一种工艺简单、制造成本低、抗毒性好的整体结构燃烧催化剂及制备方法。本专利技术提供一种Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂，该催化剂的制备采用如下的技术方案：本专利技术提供的一种Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂，以整体蜂窝陶瓷为载体，在其表面涂覆Ce、Zr、及M氧化物，其中M由Ti、Si、Al、V、W、Co氧化物中的一种或几种按一定比例组成；然后在负载该复合氧化物涂层的载体上，浸渍活性组分Pt、Pd；以整体蜂窝陶瓷体质量为基准，Ce、Zr、M的所有氧化物所占的比例为0-30wt％，活性组分Pt、Pd或Pt-Pd所占的比例为0.01wt％-0.2wt％，所述氧化物涂层中Ce、Zr、M摩尔比例为1:0.5～4：1～50，活性组分Pd和Pt的摩尔比为0.25～4:1。所述整体蜂窝陶瓷为堇青石蜂窝陶瓷或金属蜂窝。本专利技术提供一种Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂的制备方法，具体步骤如下：(1)涂覆浆料制备：首先，将Ce、Zr的硝酸盐按照摩尔比为1:0.1～4加入到去离子水中，制得0.1-2.0mol/L的溶液A；将M氧化物的水溶性前驱体及氧化物溶胶加入到去离子水中，制得浓度为0.1-1.5mol/L的溶液B；按质量比1：0.33～2的比例将A、B溶液加入到球磨罐中，将该混合物在转速500转/分下，球磨1-4小时，得到涂覆浆料；(2)涂层制备：将整体蜂窝载体浸入步骤(1)制得的浆料中，用压缩空气吹出蜂窝载体孔中多余的涂层液；然后，将涂覆了氧化物涂层的蜂窝载体经微波干燥1-15分钟后，于300-1000℃焙烧1-7小时，优选400-800℃焙烧2-5小时，得到涂有混合氧化物涂层的载体；(3)活性组分负载：将涂有混合氧化物涂层的载体依次浸入硝酸钯溶液(浓度范围在1-15mg/ml之间)或硝酸铂溶液(浓度范围在1-15mg/ml之间)，或一次浸入到硝酸钯和硝酸铂的混合溶液(Pd、Pt浓度范围均在1-15mg/ml之间，其中钯与铂摩尔比范围在0.25～4:1之间)，用压缩空气吹出蜂窝载体孔中多余的溶液；经微波干燥1-15分钟后，于300-700℃焙烧1-7小时，优选400-600℃焙烧2-4小时，从而制得整体结构催化剂。(4)催化剂的还原：将步骤(3)制得的催化剂在10vol.％H2-90vol.％N2气氛下，450℃还原1-4小时，制得还原后的整体结构催化剂，待用。本专利技术所提供的一种Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂的应用，所述的催化剂应用于含硫一氧化碳、甲烷或含硫VOCs气体催化脱除。本专利技术所提供的一种Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂的应用，应用于一氧化碳脱除反应，反应空速2,000-100,000h-1，原料气CO含量100-200ppm，SO2含量20ppm,催化剂能够在200℃下实现CO完全转化。本专利技术的Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂具有如下优点：1.本专利技术的Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂，在较高的空速条件下，具有高的催化活性和稳定性；2.本专利技术的Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂，具有其起燃温度低、阻力降小等特点；3.本专利技术的Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂，耐水热耐硫性能好，不仅适用于含硫燃烧尾气脱除一氧化碳，还适用于含硫VOCs气体净化；4.本专利技术的Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂，制备工艺简单，制造成本低。具体实施方案下面对本专利技术详细说明，以下仅为本专利技术的较佳实施例，不能以此限定本专利技术的范围。即凡依本专利技术申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属于本专利技术所涵盖的范围。实施例1称取26.05g六水硝酸铈、25.76g五水硝酸锆溶于200ml去离子水中，制得溶液A；称取9.36g偏钒酸铵加入到200ml去离子水中，煮沸溶解，然后在其中加入16g钛溶胶、10g硅溶胶制得溶液B；再将A、B溶液加入到球磨罐中，将该混合物在转速500转/分下，球磨2小时，得到涂覆浆料；将整体蜂窝载体浸入涂覆浆料中，取出后用压缩空气吹出蜂窝载体孔中多余的涂层液；然后将涂覆了氧化物涂层的蜂窝载体经微波干燥10分钟后，于650℃焙烧3小时，得到涂有混合氧化物涂层的载体；将涂有混合氧化物涂层的载体依次浸渍硝酸钯和硝酸铂溶液，用压缩空气吹出蜂窝载体孔中多余的溶液；经微波干燥5分钟后，于550℃焙烧4小时，从而制得整体结构催化剂。将制得的催化剂在10vol.％H2-90vol.％N2气氛下，450℃还原2小时，制得还原后的整体结构催化剂。实施例2称取17.36g六水硝酸铈、17.17g五水硝酸锆溶于300ml去离子水中，制得溶液A；再称取23.4g偏钒酸铵加入到400ml去离子水中，煮沸溶解，然后在其中加入16g钛溶胶、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ce‑Zr‑M整体结构燃烧催化剂，其特征在于：该催化剂以整体蜂窝陶瓷为载体，在其表面涂覆Ce、Zr的氧化物以及氧化物M，然后在负载该复合氧化物涂层的载体上，浸渍活性组分Pt、Pd；以整体蜂窝陶瓷体质量为基准，Ce、Zr氧化物及M所占的质量比为0‑30wt.％，活性组分Pt、Pd或Pt‑Pd所占的质量比为0.01‑0.2wt.％。

【技术特征摘要】
1.一种Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂，其特征在于：该催化剂以整体蜂窝陶瓷为载体，在其表面涂覆Ce、Zr的氧化物以及氧化物M，然后在负载该复合氧化物涂层的载体上，浸渍活性组分Pt、Pd；以整体蜂窝陶瓷体质量为基准，Ce、Zr氧化物及M所占的质量比为0-30wt.％，活性组分Pt、Pd或Pt-Pd所占的质量比为0.01-0.2wt.％。2.根据权利要求1所述的Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂，其特征在于所述M由Ti、Si、Al、V、W、Co氧化物中的一种或几种按一定比例组成。3.根据权利要求1所述的Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂，其特征在于所述整体蜂窝陶瓷为堇青石蜂窝陶瓷或金属蜂窝。4.根据权利要求1所述的Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂，其特征在于活性组分Pd和Pt的摩尔比为0.25～4:1。5.根据权利要求2所述的Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂，其特征在于Ce、Zr、M摩尔比为1:0.5～4：1～50。6.根据权利要求1所述Ce-Zr-M整体结构燃烧催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)涂覆浆料制备：首先，将Ce、Zr的硝酸盐按照摩尔比为1:0.1～4加入到去离子水中，制得0.1-2.0mol/L的溶液A；将M氧化物的水溶性前驱体或氧化物溶胶加入到去离子水中，制得...

【专利技术属性】
技术研发人员：王胜，王树东，林乐，高典楠，汪明哲，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21