一种Co制造技术

本发明专利技术涉及一种Co

A kind of CO

【技术实现步骤摘要】
一种Co3O4基蓄热型催化剂及其制备方法与在催化甲烷燃烧中的应用
本专利技术涉及一种Co3O4基蓄热型催化剂及其制备方法与在催化甲烷燃烧中的应用，属于甲烷燃烧催化剂

技术介绍
煤矿乏风（俗称瓦斯，一种以甲烷为主要成分、吸附于煤层内的非常规天然气）作为燃料，通过催化燃烧方式实现低品位甲烷的高效热能转化，是一种可以实现大规模利用的方式。常规燃烧技术中，甲烷的可燃范围为5-15%，当空气中甲烷浓度低于5%时，不能被点燃或维持燃烧，除非环境温度超过1000℃，然而由于甲烷浓度过低，其反应热难以维持这样的高温。目前解决这一问题的可行方案有两个：一是发展新型催化剂使反应温度大幅降低；二是改进燃烧工艺、优化反应器设计使反应器自热维持较高温度运行，以满足低浓度甲烷的燃烧条件。反应器需维持较高温度，能够将反应热蓄积在反应器中的蓄热式催化氧化装置主要有催化逆流反应器和整体式催化燃烧反应器两类，其都适用于低浓度甲烷的燃烧反应，催化逆流反应器对甲烷浓度变化的适应性更强，整体式催化燃烧反应器更轻巧，但两者也都存在不容忽视的缺点。其中，催化剂床层易发生飞温现象、高效取热与自热运行较难协调等是两者都存在的问题。化学反应工程学的经验表明，当单纯依靠功能化反应器不能满足化学反应过程中传热传质与催化反应高效稳定运行相协调的要求时，就必须同时借助于多功能催化剂的使用。尽管催化逆流反应器和整体式催化燃烧系统中都引入了蓄热技术，将甲烷燃烧的反应热用于反应气的预热，使其达到甲烷燃烧的反应温度。但它们都用的是显热式蓄热。这种利用材料的热容特性，通过温度升高来存储热量的蓄热方式对催化剂床层的飞温和热点现象没有控制力。另一方面，催化逆流反应器系统中的蓄热介质和催化剂孤立存在，热量释放后被气体带走，至蓄热介质处方有热交换，蓄热作用相对于反应器温升现象有明显的滞后，必须延长反应器纵深才能实现有效蓄热，这既影响系统经济性，又会造成一定的热量损失，降低了能源利用效率。
技术实现思路
本专利技术针对低浓度甲烷催化燃烧系统自热运行与供热间的结构性矛盾和催化剂床层飞温等技术问题，提供一种Co3O4基蓄热型催化剂及其制备方法与在催化甲烷燃烧中的应用，本专利技术利用潜热蓄热材料相变过程吸收或放出相变潜热的原理完成蓄热，具有蓄热密度大、相变时温度稳定的特点，制备出催化甲烷燃烧的蓄热型催化剂，将相变蓄热应用于低浓度甲烷催化燃烧，赋予整个催化剂床层热交换器的功能，以改善床层热环境，扩大系统自热运行与供热环节的操作空间，提升燃烧及供热效率。本专利技术催化甲烷燃烧的Co3O4基蓄热型催化剂，以热稳定较高且具备催化活性的核壳结构SiAl@Al2O3或SiCu@Al2O3相变蓄热材料作为载体，将活性组分Co3O4基负载到高温相变蓄热材料上得到催化甲烷燃烧的蓄热型催化剂。一种Co3O4基蓄热型催化剂，活性组分为Co3O4，载体为核壳结构SiAl@Al2O3或SiCu@Al2O3相变蓄热材料，以催化剂的质量百分数计，活性组分占10~90%，核壳结构SiAl@Al2O3载体占90~10%。所述Co3O4基蓄热型催化剂的制备方法，具体步骤如下：（1）将SiAl@Al2O3或SiCu@Al2O3复合蓄热材料分散到硝酸钴溶液中得到混合溶液A；（2）在搅拌条件下，将碳酸钠溶液逐滴滴加至步骤（1）混合溶液A中反应至体系pH值为9.0~11.0，继续搅拌反应120~180min得到混合液B；（3）将步骤（2）混合液B固液分离，采用去离子水和乙醇交替洗涤固体，真空干燥，再置于温度为400~650℃条件下焙烧2~4h即得Co3O4基蓄热型催化剂。所述步骤（1）硝酸钴溶液的浓度为0.05~0.5mol/L。所述步骤（2）碳酸钠溶液的浓度为0.3~3mol/L，搅拌速率为200~600r/min。所述步骤（3）真空干燥温度为20~60℃,12h-48h。所述步骤（3）真空焙烧温度为400~650℃，焙烧时间为2~4h，升温速率0.5-10℃/min。优选的，所述步骤（2）碳酸钠溶液的滴加速度为1~10mL/min。所述SiCu@Al2O3相变蓄热材料采用“诱导氧化法”进行制备。所述Co3O4基蓄热型催化剂中核壳结构SiAl@Al2O3相变蓄热材料的制备方法为：1）将明胶溶解到去离子水中，再加入NiCl2溶液得到混合溶液C；2）在温度20~50℃、搅拌条件下，将硅铝合金加入到步骤1）混合溶液C中反应30~80min得到混合液D，再将氟化铵溶液逐滴滴加到混合液D中并搅拌反应60~120min；固液分离，采用去离子水和乙醇交替洗涤固体，真空干燥，再置于温度为400~800℃条件下热处理1~5h即得核壳结构SiAl@Al2O3相变蓄热材料。进一步地，所述步骤1）明胶与去离子水的固液比g:mL为(0.5~2):100，NiCl2溶液浓度为0.02-0.20mol/L，NiCl2溶液与去离子水的体积比为(0.5~2.5):10。进一步地，所述步骤2）氟化铵溶液浓度为0.2~2.0mol/L，氟化铵溶液与混合液D的体积比为(0.25~2):100，真空干燥温度为30~60℃。优选的，所述步骤2）氟化铵溶液的滴加速度为1~5mL/min。所述Co3O4基蓄热型催化剂在催化甲烷燃烧中的应用，甲烷体积浓度为1~5%。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术催化甲烷燃烧的蓄热型催化剂，将相变蓄热技术应用于低浓度甲烷催化燃烧，赋予了整个催化剂床层热交换器的功能，有效改善床层热环境，扩大系统自热运行与供热环节的操作空间，可有效提升燃烧及供热效率；并且制备方法简单，易于工业化；（2）本专利技术催化甲烷燃烧的蓄热型催化剂具有较高的活性和稳定性，催化剂在经过燃烧反应蓄热阶段后，即便周围热源消失也可保持较长时间的高温状态，使催化剂仍可保持高活性；（3）本专利技术蓄热型催化剂可适用于极低浓度甲烷（1%CH4）的催化燃烧；（4）本专利技术蓄热型催化剂的蓄热速率快，完全能够适应催化甲烷燃烧反应快速释热的特点，蓄热型催化剂以Al2O3作为催化甲烷燃烧的蓄热型催化剂的载体，Al基材料用作核壳结构，原料廉价易得，且热稳定和耐腐蚀性高；（5）本专利技术蓄热型催化剂的核壳结构SiAl@Al2O3或SiCu@Al2O3相变蓄热材料载体在甲烷催化燃烧温度范围的蓄热性能优异，导热率高，制备方法简单；（6）本专利技术蓄热型催化剂的Co3O4基作为活性组分对甲烷催化燃烧催化效果优异，表现出弱氧键强度和高氧化还原反应性。附图说明图1为Co3O4基蓄热型催化剂结构示意图；图2为实施例1~5Co3O4基蓄热型催化剂XRD图；图3为实施例1~5Co3O4基蓄热型催化剂的DSC曲线和熔化热；图4为实施例1~5Co3O4基蓄热型催化剂催化甲烷燃烧过程的催化性能图（升温）；图5为实施例1~5Co3O4基蓄热型催化剂催化甲烷燃烧过程的催化性能图（降温）；图6为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Co

【技术特征摘要】
1.一种Co3O4基蓄热型催化剂，其特征在于：活性组分为Co3O4，载体为核壳结构SiAl@Al2O3或SiCu@Al2O3相变蓄热材料，以催化剂的质量百分数计，活性组分占10~90%。


2.权利要求1所述Co3O4基蓄热型催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将SiAl@Al2O3或SiCu@Al2O3复合蓄热材料分散到硝酸钴溶液中得到混合溶液A；
（2）在搅拌条件下，将碳酸钠溶液逐滴滴加至步骤（1）混合溶液A中反应至体系pH值为9.0~11.0，继续搅拌反应120~180min得到混合液B；
（3）将步骤（2）混合液B固液分离，采用去离子水和乙醇交替洗涤固体，真空干燥，再置于温度为400~650℃条件下焙烧2~4h即得Co3O4基蓄热型催化剂。


3.根据权利要求2所述Co3O4基蓄热型催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）硝酸钴溶液的浓度为0.05~0.5mol/L。


4.根据权利要求2所述Co3O4基蓄热型催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）碳酸钠溶液的浓度为0.3~3mol/L，搅拌速率为200~600r/min。


5.根据权利要求2所述Co3O4基蓄热型催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）真空干燥温度为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李孔斋，李丹阳，徐瑞东，王华，田梦爽，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53