一种甲烷燃烧的催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种甲烷燃烧的催化剂及其制备方法和应用，以可溶性镁盐和可溶性铝盐、可溶性钴盐、可溶性镍盐、可溶性稀土盐、可溶性锆盐为原料，具有烧绿石和类水滑石的结构的复合氧化物，表面为多孔结构，孔径5-8nm。以可溶性镁盐和可溶性铝盐为原料制备得到半成品A；可溶性钴盐、可溶性镍盐、可溶性稀土盐、可溶性锆盐与半成品A得到混合物B，混合物B加热陈化，冷却，洗涤干燥，焙烧得到催化剂。解决了金属离子渗透到浸泡颗粒的深层结构中，使催化剂具有高热稳定性和高低温活性。热稳定性和高低温活性。热稳定性和高低温活性。

【技术实现步骤摘要】
一种甲烷燃烧的催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于能源利用及环境保护
，具体涉及一种甲烷燃烧的催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]天然气作为一种燃料，其燃烧可产生热能，同时其也是一种温室气体，所以应该减少其排放，其燃烧多采用火焰燃烧，火焰的燃烧温度可高达2000℃。但是在此高温下，空气中的O2和N2容易反应生成严重污染环境的NO
x
，同时甲烷不完全燃烧导致火焰燃烧能效低，并伴随大量CO的排放污染大气，甲烷温室效应是CO2的21倍。催化剂能够实现低温高效氧化天然气就显得尤为重要，催化燃烧通过降低天然气燃烧反应活化能，可大幅降低天然气燃烧所需的温度，从而大幅降低甚至避免NO
x
和CO的形成。
[0004]烧绿石族矿物，通式是 A2B2O7，面心立方结构，A位主要是稀土元素或具有未共用电子对的元素，B位是具有各种氧化态的过渡金属和后过渡金属，烧绿石是一种开放式结构，其晶格空隙可以容纳其他金属离子，A位和B位在满足离子半径相似和电中性时，A位和B位可进行化学取代，导致晶体结构畸变，产生更多的氧空位和缺陷位点，这些特性使其在电导材料、催化剂、磁性材料等诸多领域得到广泛的研究应用。
[0005]水滑石类化合物是一类阴离子型粘土，包括水滑石和类水滑石，层板主体一般由两种金属的氢氧化物构成。类水滑石化合物是一类层状双氢氧化物结构的无机功能材料，层间含有的阴离子和水分子，将带正电荷的金属氢氧化物层隔开。它很容易在200-400℃脱水、脱羟基等，而生成的混合氧化物用阴离子水溶液处理后又可以恢复层状结构。从混合氧化物到水滑石的重结晶过程被研究者们称为“记忆效应”，又称重构效应。
[0006]专利 201210091447.5一种纳米复合催化剂及其制备方法，记载了含有贵金属的烧绿石或水滑石的催化剂。贵金属催化剂具有高活性，可以有效降低天然气燃烧温度，但由于其价格昂贵，热稳定性较差，限制了其应用。相对于贵的贵金属，价格低廉的氧化物催化剂更受人关注，六铝酸盐和钙钛矿型氧化物是常见的非金属复合氧化物天然气燃烧催化剂，而热稳定性好的烧绿石型氧化物在天然气催化燃烧方面少有报道。
[0007]专利CN107282052提供了一种利用Ni、Zr掺杂烧绿石型催化剂用于甲烷催化燃烧的实验工艺，其催化剂组成是La2Ni
x
Zr
y
Sn
2-x-y
O7（X=Y=0.05、0.1、0.15、2、0.25）。催化剂是以La(NO)3·
6H2O、SnCl4、Zr(NO3)4·
5H2O、Ni(NO)3固体以及去离子、无水乙醇为原料通过水热反应、超临界干燥方法制备。该催化剂在氧气气氛下通过程序升温在高温条件下催化甲烷燃烧反应，产生为水和二氧化碳，该催化剂具有高稳定性，甲烷高转化率的特点。但该催化剂制备工艺繁杂，焙烧温度高达1000℃。

技术实现思路

[0008]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种甲烷燃烧的催化剂及其制备方法和应用。提高甲烷燃烧催化剂的抗高温性能和低温活性，解决现有技术中甲烷燃烧催化剂存在的高温易烧结问题。
[0009]为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种甲烷燃烧的催化剂，以可溶性镁盐和可溶性铝盐、可溶性钴盐、可溶性镍盐、可溶性稀土盐、可溶性锆盐为原料，具有烧绿石和类水滑石的结构的复合氧化物，表面为多孔结构，孔径5-8nm。
[0010]在一些实施例中，孔容为0.30mL/g-0.60 mL/g，比表面积为150m2/g-240m2/g。
[0011]在一些实施例中，催化剂中烧绿石结构复合氧化物的质量百分比为10-30%，余量为类水滑石结构的复合氧化物。
[0012]本专利技术合成了一种具有特殊结构的非贵金属催化剂，同时具有烧绿石-类水滑的结构，烧绿石结构材料加入类水滑石结构生成的过程中，最终得到两种结构复合的材料，两种结构发生了重构，形成了弯曲的层次分明的特殊结构的催化剂。解决了金属离子渗透到浸泡颗粒的深层结构中，所制备的催化剂具有高热稳定性和高低温活性。
[0013]一种甲烷燃烧的催化剂的制备方法：具体步骤为：可溶性镁盐和可溶性铝盐溶于水中，加入碱性化合物，调节pH，老化，洗涤干燥，焙烧得到半成品A；可溶性钴盐、可溶性镍盐、可溶性稀土盐、可溶性锆盐溶于水中，加入半成品A浸泡，加入沉淀剂，调节pH得到混合物B；将混合物B加热陈化，冷却，洗涤干燥，焙烧得到催化剂。
[0014]半成品A为类水滑石结构，通过共沉淀的方法，可溶性镁盐和可溶性铝盐结合在一起，形成水滑石前驱体。可溶性钴盐、可溶性镍盐、可溶性稀土盐、可溶性锆盐加入半成品A发生重构，金属离子取代部分镁铝离子，生成弯曲曲面，然后加入沉淀剂，进行共沉淀反应，得到在半成品A基础上的复合结构。
[0015]先制备半成品A，再与钴盐、镍盐进行复合，促进镍钴金属离子有效富集在颗粒外层，提高催化作用效果。
[0016]在一些实施例中，制备半成品A中的碱性化合物为氨水。氨水调节pH值，pH值影响制备产物是不是水滑石-烧绿石结构。
[0017]在一些实施例中，可溶性镁盐是硝酸镁、醋酸镁或氯化镁，优选为硝酸镁。在一些实施例中，可溶性铝盐为硝酸铝或氯化铝，优选为硝酸铝。在一些实施例中可溶性镁铝元素的摩尔比0.5-3。本专利技术选择镁和铝复合得到类水滑石结构半成品A的原因为镁铝水滑石-烧绿石型复合催化剂在甲烷燃烧方面活性高。
[0018]在一些实施例中，半成品A制备过程中pH值为8.5-10；优选9-9.5。在一些实施例中，半成品A制备过程中老化时间为12-36h。在一些实施例中，焙烧温度为550-650℃，焙烧时间为3-5小时。
[0019]焙烧温度对半成品A的结构和形状有较大的影响。
[0020]在一些实施例中，可溶性稀土盐为硝酸镧、硝酸钐、硝酸铈或硝酸钕，优选硝酸镧。在一些实施例中，可溶性锆盐为硝酸锆，醋酸锆或氯化锆；优选为硝酸锆。在一些实施例中，
可溶性钴盐为硝酸钴或醋酸钴；优选为硝酸钴。在一些实施例中，可溶性镍盐为硝酸镍或醋酸镍；优选硝酸镍。本专利技术选择可溶性钴盐、可溶性镍盐、可溶性稀土盐、可溶性锆盐复合制备烧绿石，不仅能够合成具有烧绿石结构的产物，而且，具有更好的抗高温性能和抗低温性能。解决了甲烷催化剂高温下易烧结的问题，本专利技术制备的催化剂在高温下分散性好，性能稳定，避免烧结现象，高温下催化性能保持较好。
[0021]在一些实施例中，可溶性钴盐与可溶性镍盐的摩尔比为（1~2）：1，可溶性钴盐+可溶性镍盐摩尔总数为X时，X小于2，（可溶性钴盐+可溶性镍盐）、可溶性稀土盐、可溶性锆盐的摩尔比为X：2:（2-X）。在一些实施例中，半成品A浸泡的时间为0.5-2h。在一些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种甲烷燃烧的催化剂，其特征在于：以可溶性镁盐和可溶性铝盐、可溶性钴盐、可溶性镍盐、可溶性稀土盐、可溶性锆盐为原料，具有烧绿石和类水滑石的结构的复合氧化物，表面为多孔结构，孔径5-8nm。2.根据权利要求1所述的甲烷燃烧的催化剂，其特征在于：孔容为0.30mL/g-0.60 mL/g，比表面积为150m2/g-240m2/g。3.根据权利要求1所述的甲烷燃烧的催化剂，其特征在于：催化剂中烧绿石结构复合氧化物的质量百分比为10-30%，余量为类水滑石结构的复合氧化物。4.权利要求1-3任一所述的甲烷燃烧的催化剂的制备方法，其特征在于：具体步骤为：可溶性镁盐和可溶性铝盐溶于水中，加入碱性化合物，调节pH，老化，洗涤干燥，焙烧得到半成品A；可溶性钴盐、可溶性镍盐、可溶性稀土盐、可溶性锆盐溶于水中，加入半成品A浸泡，加入沉淀剂，调节pH得到混合物B；将混合物B加热陈化，冷却，洗涤干燥，焙烧得到催化剂。5.根据权利要求4所述的甲烷燃烧的催化剂的制备方法，其特征在于：制备半成品A中的碱性化合物为氨水。...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛红霞，姜建波，王昊，白志敏，余汉涛，梁卫忠，赵庆鲁，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司，
类型：发明
国别省市：