本发明专利技术提供了一种含氧化钴载体的钯基催化剂及其制备方法与应用，通过溶剂热法制备了Co3O4载体，并通过浸渍法负载低浓度的贵金属Pd，充分利用金属Pd与Co3O4载体之间的协同作用，提高催化活性以及稳定性；通过调控第二溶剂与第一溶剂的比例以及表面活性剂的用量，实现催化性能的最大化提升；且制备工艺简单，操作方便，绿色高效。绿色高效。绿色高效。
【技术实现步骤摘要】
一种含氧化钴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
，具体涉及一种含氧化钴载体的钯基催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
[0002]作为天然气和煤矿瓦斯的主要成分，甲烷具有强烈的温室效应，其效力是CO2的21倍。天然气汽车尾气、天然气工业、矿井排风等每天产生大量低浓度(浓度在5％以下)甲烷。5％低于甲烷燃烧的最低浓度界限，使用常规火焰燃烧技术难以将低浓度甲烷完全氧化，如被直接排入大气中会加剧大气温室效应、威胁我们的生存环境。甲烷均相燃烧需要的总活化能很高，在传统的火焰燃烧中，甲烷在>1300℃的高温度下才能发生氧化断裂，同时产生大量的有毒副产物(NO和CO等)。甲烷可以在贵金属、过渡金属催化剂上以更低的温度进行燃烧转化、且基本不会生成NO。因此，可以在较低温度下通过催化燃烧来消除低浓度甲烷。
[0003]迄今为止开发的甲烷燃烧催化剂主要有负载型贵金属和非贵金属氧化物。近年来，国内外对低浓度甲烷催化燃烧催化剂的研究主要集中于提高催化剂的低温用于低浓度甲烷催化燃烧的高效负载型贵金属纳米催化剂活性、热稳定性、抗毒性和降低催化剂的成本。贵金属氧化物具有较低的起燃温度、较好的稳定性及较好的抗中毒性，因此成为低浓度甲烷催化燃烧催化剂的研究热点。
[0004]CN106492824A公开了一种甲烷燃烧催化剂，具有核壳结构，其结构为[Pd]0.010
[Co3O4]0.300
@[SiO2]0.690
，核心部分包含四氧化三钴和贵金属，壳层部分包含二氧化硅，用一层耐高温的壳层将贵金属包覆在里面，壳层具有孔道可以让反应分子自由进入核心处与贵金属活性中心发生反应，然后生成的产物分子扩散出壳层，整个过程活性中心的尺寸要大于壳层反应孔道的尺寸，以避免活性组分的溢出，提高了甲烷燃烧催化剂的抗高温性能以及催化燃烧性能，解决了现有技术中甲烷燃烧催化剂存在的高温易烧结的问题。
[0005]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
[0006]本专利技术的目的在于提供一种含氧化钴载体的钯基催化剂及其制备方法与应用，通过溶剂热法制备了Co3O4载体，并通过浸渍法负载低浓度的贵金属Pd，充分利用金属Pd与Co3O4载体之间的协同作用，提高催化活性以及稳定性；通过调控第二溶剂与第一溶剂的比例以及表面活性剂的用量，实现催化性能的最大化提升；且制备工艺简单，操作方便，绿色高效。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术的目的之一在于提供一种含氧化钴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：
[0009](1)将表面活性剂与第一溶剂混合后，加入钴源，得到初始溶液；
[0010]其中，所述表面活性剂包括CTAB和/或PVP；
[0011](2)将步骤(1)所述初始溶液与第二溶剂混合后进行溶剂热反应，依次经过第一次固液分离和第一焙烧，得到Co3O4载体；
[0012](3)将步骤(2)所述Co3O4载体在钯源溶液中进行浸渍，依次经过第二次固液分离和第二焙烧，得到含氧化钴载体的钯基催化剂。
[0013]本专利技术中，通过溶剂热法制备了Co3O4载体，并通过浸渍法负载低浓度的贵金属Pd，充分利用金属Pd与Co3O4载体之间的协同作用，提高催化活性以及稳定性；通过调控第二溶剂与第一溶剂的比例以及表面活性剂的用量，实现催化性能的最大化提升；且制备工艺简单，操作方便，绿色高效；
[0014]值得说明的是，钴源、表面活性剂溶解在第一溶剂中，第二溶剂包覆在外层形成一层碳层保护层，使得焙烧过程中，钴前体缓慢从碳层内释放，减少了焙烧过程导致的团聚，使得焙烧得到的Co3O4拥有较多的氧空位，有利于PdO
‑
Pd之间的转换，提高了催化性能。
[0015]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述表面活性剂为CTAB。
[0016]优选地，步骤(1)所述第一溶剂包括乙醇。
[0017]优选地，步骤(1)所述钴源包括乙酸钴。
[0018]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述钴源中的钴离子与所述表面活性剂的摩尔比为(10
‑
30):1，例如可以是10:1，12:1，15:1，18:1，20:1，23:1，25:1，27:1，30:1等，进一步优选为(17
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25):1，例如可以是17:1，18:1，19:1，20:1，21:1，22:1，23:1，24:1，25:1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。
[0019]值得说明的是，步骤(1)所述钴源中的钴离子与所述表面活性剂的摩尔比为(10
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30):1，若表面活性剂过少，则会不利于钴源分散，进而导致催化性能下降；若表面活性剂过多，则会不利于钴源表面的保护层的形成，进而导致催化性能下降。
[0020]优选地，步骤(1)所述钴源与所述第一溶剂的质量比为1:(10
‑
15)，例如可以是1:10，1:11，1:12，1:13，1:14，1:15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。
[0021]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述第二溶剂包括乙二醇、异丙醇、1,3
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丙二醇或甘油中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例包括乙二醇和异丙醇的组合，乙二醇和1,3
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丙二醇的组合，乙二醇和甘油的组合，异丙醇和1,3
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丙二醇的组合，异丙醇和甘油的组合，1,3
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丙二醇和甘油的组合；进一步优选为异丙醇。
[0022]优选地，步骤(2)所述第二溶剂与步骤(1)所述第一溶剂的体积比为1:(2
‑
16)，例如可以是1:2，1:3，1:5，1:7，1:8，1:10，1:11，1:12，1:13，1:15，1:16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。
[0023]值得说明的是，步骤(2)所述第二溶剂与步骤(1)所述第一溶剂的体积比为1:(2
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16)，若第二溶剂过多，则会导致钴源的溶解不完全，进而导致催化性能下降；若第二溶剂过少，则不利于保护层的形成，进而导致催化性能下降。
[0024]优选地，步骤(2)所述溶剂热反应的温度为120
‑
180℃，例如可以是120℃，125℃，130℃，135℃，140℃，145℃，150℃，155℃，160℃，165℃，170℃，175℃，180℃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。
[0025]优选地，步骤(2)本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种含氧化钴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)将表面活性剂与第一溶剂混合后，加入钴源，得到初始溶液；其中，所述表面活性剂包括CTAB和/或PVP；(2)将步骤(1)所述初始溶液与第二溶剂混合后进行溶剂热反应，依次经过第一次固液分离和第一焙烧，得到Co3O4载体；(3)将步骤(2)所述Co3O4载体在钯源溶液中进行浸渍，依次经过第二次固液分离和第二焙烧，得到含氧化钴载体的钯基催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述表面活性剂为CTAB；优选地，步骤(1)所述第一溶剂包括乙醇；优选地，步骤(1)所述钴源包括乙酸钴。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述钴源中的钴离子与所述表面活性剂的摩尔比为(10
‑
30):1，进一步优选为(17
‑
25):1；优选地，步骤(1)所述钴源与所述第一溶剂的质量比为1:(10
‑
15)。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述第二溶剂包括乙二醇、异丙醇、1,3
‑
丙二醇或甘油中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(2)所述第二溶剂与步骤(1)所述第一溶剂的体积比为1:(2
‑
16)；优选地，步骤(2)所述溶剂热反应的温度为120
‑
180℃；优选地，步骤(2)所述溶剂热反应的时间为4
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36h。5.根据权利要求1
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4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述第一次固液分离的方式为离心；优选地，步骤(2)所述第一焙烧的温度为600
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800℃；优选地，步骤(2)所述第一焙烧的升温速率为2
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5℃/min；优选地，步骤(2)所述第一焙烧的时间为1
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12h。6.根据权利要求1
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5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述钯源溶液中钯源的含量为0.02
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0.03wt％；优选地，以1gCo3O4载体为基准，步骤(3)所述钯源溶液的用量为90
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120mL；优选地，步骤(3)所述浸渍的温度为10
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30℃；优选地，步骤(3)所述浸渍的时...
【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：
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