一种基于刻蚀法制备整体式火炬燃烧催化剂的方法及应用技术

本申请提出一种基于刻蚀法制备整体式火炬燃烧催化剂的方法，具体包括如下步骤：按计量比称取铈的前驱体盐和铝的前驱体盐溶解于去离子水中，加入双氧水氧化，将氧化后的溶液与氨水共沉淀生成粗品载体粉末材料；将粗品载体粉末材料经过酸洗刻蚀，得到载体粉末材料；向贵金属前驱体水溶液中加入载体粉末材料，通过静电吸附使得贵金属离子吸附于载体粉末材料上，得到整体式火炬燃烧催化剂粉末；将催化剂粉末涂覆于堇青石上，经干燥、焙烧后制得整体式火炬燃烧催化剂通过结合共沉淀法、刻蚀和静电吸附法制备催化剂，增加暴露铂中心和产生更多的活性氧物种，进而大大提高催化剂用于丙烷的催化氧化活性，解决了现有技术中火焰燃烧不稳定的问题。不稳定的问题。不稳定的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于刻蚀法制备整体式火炬燃烧催化剂的方法及应用


[0001]本申请涉及催化剂
，尤其涉及一种基于刻蚀法制备整体式火炬燃烧催化剂的方法及应用。

技术介绍

[0002]相对于传统的燃烧，催化燃烧是一个无火焰传播的燃烧过程，并且有着更低的着火温度。催化剂能够稳定贫燃火焰，进行高空燃比燃烧，增大了燃料的利用率；另外，催化剂促进的无焰燃烧，产生的热流温度适中，无须冷却空气进行稀释，可直接驱动涡轮发动机，从而提高了热效。火炬燃烧的燃料多为丙烷，为保证火炬燃烧的火焰充分而不产生黑烟，保证火炬传递过程中圣火的美观；同时，火炬燃烧过程中遇到风、雨等，可能会出现火苗忽大忽小的情况，需要保证火焰的稳定性。目前大多研究关注研发火炬燃烧装置以优化火焰燃烧性能，如何从火焰燃烧本身来提高燃烧性能却鲜少报道。
[0003]贵金属催化剂应用于火炬燃烧，如何改善贵金属的分散性对于改善催化性能是尤为关键的。文献1(Influence of the Defect Concentration of Ceria on the Pt Dispersion and the CO Oxidation Activity of Pt/CeO2.The journal of physical chemistry C 2018,122:4972
‑
4983.)报道，铈氧化物的缺陷构筑可以改善铂的分散性，有利于活性铂中心的暴露。此外，载体所带电荷对于铂离子的电荷性有诱导吸附作用，这有利于增强载体与贵金属的相互作用，增加有效活性铂中心的数量。这启示催化剂制备方法的优化可以调控贵金属与载体之间的相互作用，优化活性铂中心的暴露数，利于丙烷的吸附活化，以及转化。改变燃料燃烧的化学反应速度，降低燃料燃烧受温度和压力影响的敏感度，保证火焰的燃烧稳定性。
[0004]因此，针对火炬燃烧，急需研发一种转化率高、稳定性好的催化剂。

技术实现思路

[0005]本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0006]为此，本申请的目的在于提出一种基于刻蚀法制备整体式火炬燃烧催化剂的方法，通过构筑载体表面缺陷，诱导铂离子择位吸附于载体表面，形成Pt
‑
O
‑
Ce界面，产生更多活性中心铂和活性氧中心的多活性中心，提高催化剂用于丙烷的催化氧化活性，使火炬燃烧过程更为稳定。
[0007]为达到上述目的，本申请提出的一种基于刻蚀法制备整体式火炬燃烧催化剂的方法，具体包括如下步骤：
[0008]S1:按计量比称取铈的前驱体盐和铝的前驱体盐溶解于去离子水中，加入双氧水将Ce
3+
氧化为Ce
4+
，将氧化后的溶液与氨水水溶液同时进行滴定至pH＝9，形成氢氧化物，经过陈化、抽滤、干燥、焙烧后得到粗品载体粉末材料；通过共沉淀法调控铈氧化物与铝氧化物的分布情况，优化铈氧化物的表面暴露。
[0009]S2:将粗品载体粉末材料经过酸洗刻蚀，得到载体粉末材料；
[0010]S3:向贵金属前驱体水溶液中加入载体粉末材料，通过静电吸附使得贵金属离子吸附于载体粉末材料上，经离心、烘干、焙烧后得到整体式火炬燃烧催化剂粉末；由于铈氧化物表面的氧原子刻蚀，增加缺陷位点的形成，诱导静电吸附法过程中铂离子的择位吸附，构筑较多的贵金属
‑
氧
‑
载体界面，提高铂的分散性且促进活性氧物种的产生。
[0011]S4:将催化剂粉末涂覆于堇青石上，经干燥、焙烧后制得整体式火炬燃烧催化剂，使得制得的火炬燃烧催化剂为整体式催化剂，趋向于工业应用。
[0012]在本申请中通过结合共沉淀法、刻蚀和静电吸附法，增加暴露铂中心和产生更多的活性氧物种，进而可大大提高催化剂用于丙烷的催化氧化活性。即本申请提供的整体式火炬燃烧催化剂制备方法，解决了现有技术中火焰燃烧不稳定的技术问题。
[0013]进一步地，所述双氧水的添加量为铈的前驱体盐的0.5～5wt％。
[0014]进一步地，所述步骤S1中陈化温度为90℃，陈化时间为12h，焙烧的温度为600～800℃，时间为2～8h。
[0015]进一步地，所述步骤S2中酸洗溶液的浓度为1～10mol/L。
[0016]进一步地，步骤S3中向贵金属前驱体水溶液中加入载体粉末材料前调节贵金属前驱体水溶液的pH为3
‑
6；所述贵金属前驱体为氯铂酸或硝酸盐，贵金属为Pt和Pd中的一种或两种。
[0017]进一步地，步骤S3中焙烧温度为400
‑
600℃，焙烧时间为0.5
‑
3h。
[0018]进一步地，步骤S3中制备的整体式火炬燃烧催化剂粉末的表达式为Pt/Ce
w
Al1‑
w
O
x
或Pd/Ce
w
Al1‑
w
O
x
，其中，w为二氧化铈占所述载体粉末材料的质量百分比，1
‑
w为氧化铝占所述载体粉末材料的质量百分比，也就是说，载体粉末材料是由二氧化铈和氧化铝组成的，其中二氧化铈和氧化铝在载体粉末材料中的质量百分比之和为1，所述整体式火炬燃烧催化剂粉末上贵金属Pt或Pd的负载量为1～3wt％。
[0019]进一步地，所述二氧化铈占所述载体粉末材料的质量百分比50～90wt％。
[0020]进一步地，步骤S4中所述堇青石上催化剂粉末的涂覆量为150～180g/L，干燥温度为60℃，干燥时间为6～12h，焙烧的温度为400～600℃，焙烧时间为3h。
[0021]一种整体式火炬燃烧催化剂的应用，所述催化剂用于催化丙烷氧化反应。
[0022]本申请提供的整体式火炬燃烧催化剂、制备方法和应用至少具有如下有益技术效果：
[0023]本申请的整体式火炬燃烧催化剂的制备方法，结合共沉淀法、刻蚀和静电吸附法制备Pt/Ce
w
Al1‑
w
O
x
或Pd/Ce
w
Al1‑
w
O
x
催化剂粉末，涂覆在堇青石基体上焙烧后得到整体式火炬燃烧催化剂，首先本申请通过共沉淀法调控铈氧化物与铝氧化物的分布情况，优化铈氧化物的表面暴露；其次，铈氧化物表面的氧原子刻蚀，增加缺陷位点的形成，诱导静电吸附法过程中铂离子的择位吸附，构筑较多的贵金属
‑
氧
‑
载体界面，提高铂的分散性且促进活性氧物种的产生；再次，本申请制得的火炬燃烧催化剂为整体式催化剂，趋向于工业应用。
[0024]本申请提供的整体式火炬燃烧催化剂制备方法，通过结合共沉淀法、刻蚀和静电吸附法，增加暴露铂中心和产生更多的活性氧物种，进而可大大提高催化剂用于丙烷的催化氧化活性。即本申请提供的整体式火炬燃烧催化剂制备方法，解决了现有技术中火焰燃烧不稳定的技术问题。
[0025]本申请附加的方面和优点将在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于刻蚀法制备整体式火炬燃烧催化剂的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1:按计量比称取铈的前驱体盐和铝的前驱体盐溶解于去离子水中，加入双氧水将Ce
3+
氧化为Ce
4+
，将氧化后的溶液与氨水水溶液同时进行滴定至pH＝9，形成氢氧化物，经过陈化、抽滤、干燥、焙烧后得到粗品载体粉末材料；S2:将粗品载体粉末材料经过酸洗刻蚀，得到载体粉末材料；S3:向贵金属前驱体水溶液中加入载体粉末材料，搅拌一段时间，经离心、烘干、焙烧后得到整体式火炬燃烧催化剂粉末；S4:将催化剂粉末涂覆于堇青石上，经干燥、焙烧后制得整体式火炬燃烧催化剂。2.如权利要求1所述的一种基于刻蚀法制备整体式火炬燃烧催化剂的方法，其特征在于，所述双氧水的添加量为铈的前驱体盐的0.5～5wt％。3.如权利要求1所述的一种基于刻蚀法制备整体式火炬燃烧催化剂的方法，其特征在于，所述步骤S1中陈化温度为90℃，陈化时间为12h，焙烧的温度为600～800℃，时间为2～8h。4.如权利要求1所述的一种基于刻蚀法制备整体式火炬燃烧催化剂的方法，其特征在于，所述步骤S2中酸洗溶液的浓度为1～10mol/L。5.如权利要求1所述的一种基于刻蚀法制备整体式火炬燃烧催化剂的方法，其特征在于，步骤S3中向贵金属前驱体水溶液中加入载体粉末材料前调节贵金属前驱体水溶液的pH为3
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6；所述贵金属前驱体为氯铂酸或硝酸盐，贵金属为Pt和Pd中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健礼，刘小勇，胡申林，李春光，郭金鑫，张波，费立群，覃正，李煜，高麟，刘相凤，陈耀强，梁艳丽，焦毅，徐海迪，李珊珊，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：