一种甲烷氧化催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种甲烷氧化催化剂及其制备方法和应用，所述甲烷氧化催化剂包括Al2O3载体、催化活性组分以及催化助剂，所述催化活性组分包括Pt掺杂PdO纳米晶，所述催化助剂包括La、Pr、Y或Nd中的任意一种或至少两种的组合，所述甲烷氧化催化剂解决了典型PdO/Al2O3催化剂活性及长周期稳定性不足、水热稳定性差的问题；所述制备方法采用两次等体积浸渍法依次负载催化助剂和Pt掺杂PdO纳米晶活性组分，工艺流程简单，适用于大规模生产，具有较好的应用前景。应用前景。应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种甲烷氧化催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化剂制备
，涉及一种甲烷氧化催化剂及其制备方法和应用，具体涉及一种单分散La锚定、Pt掺杂PdO纳米晶甲烷氧化催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]面对日益严峻的大气污染问题和能源结构调整的迫切需求，选择环保、低碳的可再生燃料已经成为必然趋势。天然气作为连结传统化石能源与可再生能源的唯一桥梁，由于储量丰富、技术成熟、价格低廉，成了最具潜力的替代能源。天然气的主要成分是甲烷。在以天然气为燃料的天然气资源利用过程中无可避免地会排放一定浓度的甲烷残留气体。甲烷作为第二大温室气体，其单位体积的增温潜势是二氧化碳的21倍，在大气中的停留时间一般为10年。因此甲烷对大气的温室效应比二氧化碳更加严重，需要进行严格控制。消除天然气资源利用过程中甲烷残留气体的一种有效方法是借助催化氧化技术将甲烷氧化成二氧化碳和水。
[0003]CN103191733B公开了一种低浓度甲烷燃烧催化剂及其制备方法，所述催化剂以Al2O3作为载体，活性组分选自贵金属Pd，其含量以单质金属计，为整个催化剂总重量的0.1wt％
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3wt％；助剂包括助剂一和助剂二；助剂一选自贵金属Pt、Rh、Ru、Ir中的一种或几种的组合，其含量以单质金属计，为活性组分总重量的0.1wt％
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20wt％；助剂二选自CeO2，ZrO2，La2O3，TiO2中的一种或其组合，其含量按氧化物计，为载体总重量的1wt％
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30wt％。该催化剂金属氧化物助剂(助剂二总量)含量高，为载体总重量的5wt％
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25wt％，且需三步浸渍负载催化助剂和活性组分，因此，该催化剂成本相对较高，制备工艺复杂。此外，该催化剂有水条件下达90％甲烷转化率的温度约为550℃，表明其活性较低。
[0004]CN103131488A公开了一种低浓度甲烷催化燃烧的催化剂及其制备方法，该催化剂包括催化活性组分、催化剂载体Al2O3以及金属氧化物共载体，以铂族贵金属Pd、Pt、Ru、Ir、Rh中的一种或几种组合作为催化活性组分，以Mg、La、Fe、Mn、Ni、Co、Cr、Ca金属氧化物中的至少一种作为金属氧化物共载体。所述催化活性组分的含量占催化剂总质量的0.01
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5％；金属氧化物共载体占催化剂总质量的5
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45％。所述的催化剂应用于以矿井通风瓦斯治理或煤层气催化脱氧治理为目的的甲烷催化燃烧过程或其他碳氢化合物催化脱除过程。
[0005]CN106693987A公开了一种高效催化甲烷燃烧的钯氧化镓双金属纳米催化剂及制备方法，所述制备方法包括如下步骤：在油胺体系中，采用液相共还原的方法，将乙酰丙酮钯与氯化镓同时还原，形成尺寸均一的PdGa双金属粒子，再采用浸渍法将金属粒子负载到Al2O3载体上，Pd负载量为1.0wt％。将负载型催化剂经过450℃灼烧形成Pd
‑
GaO
x
/Al2O3纳米催化剂。该方法先通过油胺合成法合成PdGa双金属粒子，再将其负载，该制备工艺负载，且合成成本高，不利于催化剂工业化生产。该催化剂评价气氛不含水，不适用与高水含量的稀燃天然气车尾气甲烷净化。
[0006]CN104923224A公开了一种用于甲烷燃烧的负载钯催化剂及制备方法，所述催化剂的特征在于活性组分为贵金属钯，助剂为稀土氧化物、碱金属或碱土金属氧化物，载体为氧
化锡，其中钯的含量为催0.1
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5％，稀土氧化物的含量为3
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10％，碱金属或碱土金属氧化物的含量为0.01
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2％。该催化剂采用加热回流方法制备氧化锡载体，其制备工艺复杂，不利于催化剂工业化生产。该催化剂评价气氛不含水，不适用与高水含量的稀燃天然气车尾气中的甲烷催化氧化。
[0007]综上所述，如何提供一种适用于水含量较高的稀燃天然气车尾气中的高性能甲烷催化氧化成为当前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种甲烷氧化催化剂及其制备方法和应用，所述甲烷氧化催化剂针对现有催化剂存在的弊端，通过优化组成，有效解决了传统钯基催化剂水热稳定性差的问题，具有较好的应用前景。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种甲烷氧化催化剂，包括Al2O3载体、催化活性组分以及催化助剂，所述催化活性组分包括Pt掺杂PdO纳米晶；所述催化助剂包括La、Pr、Y或Nd中的任意一种或至少两种的组合。
[0011]本专利技术中，所述甲烷氧化催化剂一方面利用Pt掺杂PdO纳米晶，即PtO
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PdO固溶体：Pt原子均匀的部分取代PdO晶格中的Pd原子所形成的Pt掺杂PdO晶相，作为活性组分，该活性组分的可控合成能有效解决PdO活性相抗水性及长周期稳定性不足的问题；另一方面，所述甲烷氧化催化剂同时将单分散形态的金属为而非其金属氧化物作为催化助剂，能牢固锚定Pt掺杂PdO纳米晶，解决了传统钯基催化剂水热稳定性差的问题。
[0012]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0013]作为本专利技术优选的技术方案，所述催化活性组分中，Pd以单质计，其含量占所述甲烷氧化催化剂总质量的0.5
‑
2.0wt％，例如0.5wt％、0.8wt％、1.0wt％、1.2wt％、1.5wt％、1.8wt％或2.0wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0014]作为本专利技术优选的技术方案，所述催化活性组分中，Pt以单质计，其含量占所述甲烷氧化催化剂总质量的0.1
‑
0.4wt％，例如0.1wt％、0.15wt％、0.2wt％、0.25wt％、0.3wt％、0.35wt％或0.4wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0015]作为本专利技术优选的技术方案，所述催化助剂以单质计，其含量占所述甲烷氧化催化剂总质量的1.0
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4.0wt％，例如1.0wt％、1.5wt％、2.0wt％、2.5wt％、3.0wt％、3.5wt％或4.0wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0016]本专利技术中，所述甲烷氧化催化剂的各组分含量对性能具有重要的影响。若Pd含量过高，会降低催化剂本征活性并弱化Pt和催化助剂的改性作用；Pd含量过低，则会显著降低催化剂活性。
[0017]若Pt含量过高，会抑制催化剂活性；Pt含量过低，则会降低催化剂抗水性及稳定性。
[0018]若催化助剂含量过高，会抑制催化剂活性；催化助剂含量过低，则会削弱催化剂稳
定性。
[0019]第二方面，本专利技术提供了一种第一方面所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种甲烷氧化催化剂，包括Al2O3载体、催化活性组分以及催化助剂，其特征在于，所述催化活性组分包括Pt掺杂PdO纳米晶；所述催化助剂包括La、Pr、Y或Nd中的任意一种或至少两种的组合。2.根据权利要求1所述的甲烷氧化催化剂，其特征在于，所述催化活性组分中，Pd以单质计，其含量占所述甲烷氧化催化剂总质量的0.5
‑
2.0wt％。3.根据权利要求1或2所述的甲烷氧化催化剂，其特征在于，所述催化活性组分中，Pt以单质计，其含量占所述甲烷氧化催化剂总质量的0.1
‑
0.4wt％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的甲烷氧化催化剂，其特征在于，所述催化助剂以单质计，其含量占所述甲烷氧化催化剂总质量的1.0
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4.0wt％。5.一种如权利要求1
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4任一项所述的甲烷氧化催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)采用一次等体积浸渍法将催化助剂负载到Al2O3载体上，得到催化助剂改性Al2O3；(2)采用二次等体积浸渍法将催化活组分Pt掺杂PdO纳米晶负载到催化助剂改性Al2O3上，得到Pt掺杂PdO
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催化助剂/Al2O3催化剂。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述一次等体积浸渍法使用的前驱体盐包括含有催化助剂元素的硝酸盐和/或硝酸盐水合物；优选地，步骤(1)所述Al2O3载体包括γ
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Al2O3载体。7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述一次等体积浸渍法的浸渍...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩学旺，贺泓，薛森，刘智，徐光艳，余运波，马玉磊，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：