一种含硅掺杂氧化镍载体的钯基催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种含硅掺杂氧化镍载体的钯基催化剂及其制备方法与应用，所述钯基催化剂包括Si

【技术实现步骤摘要】
一种含硅掺杂氧化镍载体的钯基催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于催化剂制备
，具体涉及一种含硅掺杂氧化镍载体的钯基催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]催化技术为化石资源的转化和材料合成工业做出了巨大的贡献。同样，现今人类面临的环境污染、资源枯竭等问题的解决，很大程度上仍旧依赖于催化剂和催化工艺。目前用于净化尾气排放和电厂废气处理的三效催化材料、脱氮催化材料、脱硫催化材料和催化燃烧催化剂，以及能够处理污水、进行废气净化并用于清洁能源的光催化材料和电催化材料都是研究热点。低浓度甲烷造成的温室效应非常严重，并且直接燃烧困难且存在二次污染等问题。低浓度甲烷的催化燃烧方法为低浓度甲烷的高效利用提供了新的方向。低浓度甲烷催化燃烧技术的关键在于寻找高效、价格低廉的催化剂。
[0003]与传统的火焰燃烧相比，催化燃烧具有以下优势：起燃温度低、对燃料的可燃性无限制、能耗少、燃烧效率高、污染物的排放水平低；并且操作窗口宽、过程缓和、易于操作管理。催化燃烧对催化剂的基本要求是；既能抑制烧结、保持活性物质具有较大的比表面积及良好的热稳定性。又要具有一定的活性，可起到催化剂活性组分或助催化剂的作用；同时，需有高的机械强度以及对燃料中所含毒素有高的耐腐蚀性。目前广泛研究的催化剂有贵金属和过渡金属氧化物催化剂。
[0004]负载型钯催化剂对甲烷燃烧反应的表现出优异的催化性能。关于载体对Pd催化剂活性的影响已有不少研究。
[0005]CN113856690A公开了一种用于低浓甲烷催化燃烧的钴基催化剂及其制备方法和应用。采用微波单模结合自蔓延燃烧法制得掺杂稀土元素Ce的Ni
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Co基尖晶石，是一种非贵金属催化剂，在440℃条件下甲烷转化率可达到90％以上，且在5vol％H2O和5vol％CO2条件下呈现出较高的催化稳定性。
[0006]CN106391028B公开了一种用于流化床的甲烷化催化剂及其制备方法。所述用于流化床的甲烷化催化剂包括载体和负载于所述载体上的活性组分和助剂；所述载体为下述1)或2)：1)Al2O3、ZrO2与NiO的复合物；2)Al2O3、TiO2与NiO的复合物；所述活性组分为NiO；所述助剂为Mg、Ca、La、Ce、Mn、Fe、Cu、Cr和Co中至少一种元素的氧化物。该方法催化剂载体制备采用共沉淀法，使各组分分布均匀；后采用喷雾成型，制得微球型催化剂载体，具有良好的流动性，适用于流化床。
[0007]然而，上述方法中的催化效率仍然有待提高。因此，需要提供一种新的催化剂，在高空速以及水蒸气条件下都保持良好的催化性能。为实现甲烷的低温活化和稳定转化，开发一种低负载量、高活性和稳定性的钯基催化剂具有很大的工业应用意义。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种含硅掺杂氧化镍载体的钯基催化剂及其制备方法与
应用，所述钯基催化剂包括Si
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NiO载体和负载在所述Si
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NiO载体上的活性组分Pd；所述钯基催化剂中Pd的含量为0.8
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1.2wt％。本专利技术在NiO载体中掺杂了Si，改变了NiO的晶格氧以及表面吸附氧，提高了催化剂的低温催化性能；利用活性组分Pd与载体中NiO的协同作用，进一步提高催化性能；且催化剂可回收循环使用，成本低；制备方法工艺简单，操作方便，绿色高效。
[0009]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]本专利技术的目的之一在于提供一种含硅掺杂氧化镍载体的钯基催化剂，所述钯基催化剂包括Si
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NiO载体和负载在所述Si
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NiO载体上的活性组分Pd；所述钯基催化剂中Pd的含量为0.8
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1.2wt％。
[0011]本专利技术所述含硅掺杂氧化镍载体的钯基催化剂，在NiO载体中掺杂了Si，改变了NiO的晶格氧以及表面吸附氧，提高氧迁移率和氧化还原能力，从而有助于PdO
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Pd
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PdO之间的转换，提高催化的催化性能。因此，Si掺杂的NiO载体极大提高了催化剂的低温催化性能；而且，本专利技术以过渡金属氧化物NiO为载体并掺杂了非金属Si，同时负载了低浓度的Pd基催化剂，在高空速以及水蒸气条件下都保持良好的催化性能。
[0012]值得说明的是，所述钯基催化剂中Pd的含量为0.8
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1.2wt％，例如可以是0.8wt％，0.82wt％，0.86wt％，0.9wt％，0.94wt％，0.97wt％，1.0wt％，1.13wt％，1.18wt％，1.2wt％等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0013]作为本专利技术优选的技术方案，所述Si
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NiO载体中Si的含量为0.2
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8wt％，例如可以是0.2wt％，0.5wt％，1wt％，2wt％，3wt％，4wt％，4.6wt％，5wt％，5.5wt％，6wt％，5.5wt％，7wt％，7.5wt％，8wt％等，进一步优选为1
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4wt％，例如可以是1wt％，1.3wt％，1.7wt％，2wt％，2.2wt％，2.8wt％，3wt％，3.4wt％，3.8wt％，4wt％等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0014]值得说明的是，所述Si
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NiO载体中Si的含量为0.2
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8wt％，优选为1
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4wt％，若Si
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NiO载体中Si含量过高，则会在NiO表面形成一层硅层包覆，抗水性下降，进而导致催化性能下降；若Si
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NiO载体中Si含量过低，则只有少量的Si进入NiO的晶格，释放出的较少的吸附活性氧物种，进而导致催化性能下降。
[0015]本专利技术的目的之二在于提供一种目的之一所述含硅掺杂氧化镍载体的钯基催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0016](1)将碳源与第一溶剂混合后进行水热，经第一次固液分离得到碳球；
[0017](2)将步骤(1)所述碳球与第二溶剂混合后，加热条件下依次加入络合剂、镍源和硅源，得到混合溶液；并向所述混合溶液中滴加无机酸进行反应，直至形成凝胶；
[0018](3)将步骤(2)所述凝胶经过第一干燥和第一焙烧，得到Si
‑
NiO载体；
[0019](4)将步骤(3)所述Si
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NiO载体在钯源溶液中进行浸渍，依次经过第二次固液分离、第二干燥和第二焙烧，得到含硅掺杂氧化镍载体的钯基催化剂。
[0020]本专利技术所述含硅掺杂氧化镍载体的钯基催化剂的制备方法采用溶胶凝胶法制备了Si
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NiO载体，采用浸渍法在Si
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NiO载体上负载了活性组分Pd，工艺简单，操作方便，绿色高效。
[0021]值得说明的是，步骤(1)所得碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含硅掺杂氧化镍载体的钯基催化剂，其特征在于，所述钯基催化剂包括Si
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NiO载体和负载在所述Si
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NiO载体上的活性组分Pd；所述钯基催化剂中Pd的含量为0.8
‑
1.2wt％。2.根据权利要求1所述的钯基催化剂，其特征在于，所述Si
‑
NiO载体中Si的含量为0.2
‑
8wt％，进一步优选为1
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4wt％。3.一种权利要求1或2所述含硅掺杂氧化镍载体的钯基催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将碳源与第一溶剂混合后进行水热，经第一次固液分离得到碳球；(2)将步骤(1)所述碳球与第二溶剂混合后，加热条件下依次加入络合剂、镍源和硅源，得到混合溶液；并向所述混合溶液中滴加无机酸进行反应，直至形成凝胶；(3)将步骤(2)所述凝胶经过第一干燥和第一焙烧，得到Si
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NiO载体；(4)将步骤(3)所述Si
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NiO载体在钯源溶液中进行浸渍，依次经过第二次固液分离、第二干燥和第二焙烧，得到含硅掺杂氧化镍载体的钯基催化剂。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碳源包括葡萄糖和/或蔗糖；优选地，步骤(1)所述第一溶剂包括水；优选地，步骤(1)所述碳源与第一溶剂的质量比为1:(10
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15)；优选地，步骤(1)所述水热的温度为180
‑
220℃；优选地，步骤(1)所述水热的时间为7
‑
10h。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述碳球与第二溶剂的质量比为1:(100
‑
150)；优选地，步骤(2)所述第二溶剂包括水；优选地，步骤(2)所述加热条件的温度为60
‑
90℃；优选地，步骤(2)所述络合剂包括甘氨酸、柠檬酸或尿素中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(2)所述镍源包括硝酸镍；优选地，步骤(2)所述硅源包括硅酸乙酯；优选地，以1g碳球...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺泓，阮露娜，余运波，晏子頔，肖敏，
申请(专利权)人：中国科学院赣江创新研究院，
类型：发明
国别省市：