一种钴铝壳核复合氧化物负载单原子铱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Ir1/Co

【技术实现步骤摘要】
一种钴铝壳核复合氧化物负载单原子铱催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及了一种钴铝壳核复合氧化物负载单原子铱催化剂及其制备方法，可作为脱N2O的催化剂，应用于选择性催化还原温室气体N2O，属于环境催化和碳减排


技术介绍

[0002]N2O俗称为“笑气”，对人体具有麻醉作用，吸入可导致兴奋，因此而得名。过去长时间里被认为是一种无害气体，上世纪90年代开始，人们才逐渐发现其对环境的危害，N2O的温室效应系数是CO2的310倍、CH4的21倍，具有强大的温室效应，同时还会对臭氧层造成破坏，对人类生存环境产生极大危害。因此，如何在较低温度下实现N2O的高效脱除成为目前研究的热点。
[0003]目前对N2O的处理方法主要是在催化剂的作用下将其分解为氮气和氧气。但是由于其结构的稳定性，尽管已经开发了多种N2O分解催化剂，其反应仍然需要很高的温度。比如，专利CN105749959B报道了一种采用高硅分子筛催化N2O分解的方法，活性最高的2150
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H分子筛最低也需要在415℃下反应才能获得大于90％的转化率。专利CN109701635A专利技术的铁基系列分子筛催化N2O，活性最高的Fe/SAPO
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34分子筛在550℃下获得90％的转化率。CN105381801A开发了一种由γ
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Al2O3为载体，四氧化三钴和氧化铜为活性组分构成的负载催化剂，具有活性组分较好的分散度高，耐高温，操作温度较宽等优点。在无助剂添加的条件下，630℃可实现N2O的完全消除。同样存在着反应温度过高，在实际工业应用上存在能量浪费的缺点。
[0004]在催化剂中加入少量的贵金属能够显著降低催化反应的温度，但贵金属价格昂贵，难以得到大规模的工业化应用，另外随着反应进行，特别在高温条件下，贵金属容易发生团聚，使得催化活性大大降低。针对此问题，科研人员们开发出了一种“量少、高效”的单原子催化剂。专利CN 111715235 A开发了一种高温抗流失钌单原子化剂并应用于氧化亚氮减排催化，但其起活温度高达400℃，钌单原子在如此高温下很容易发生团聚，导致活性大大降低。针对此，在目前全国“碳减排”的大背景下，开发一种在低温条件下高效分解N2O的催化剂，对降低相应工业过程的能耗及环保碳减排具有重要现实意义。

技术实现思路

[0005]针对目前氧化亚氮催化减排技术存在的问题，本专利技术的目的提供了一种价格低廉，低温活性好，且具有高稳定性的钴铝壳核复合氧化物负载单原子铱及其制备方法。
[0006]为达到以上专利技术目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种钴铝壳核复合氧化物负载单原子铱催化剂，该催化剂组成表示为：Ir1/Co
x
Al
y
O
z
，其中负载的铱质量百分含0.005
‑
0.05wt％，优选0.01
‑
0.05wt％，x:y钴铝摩尔比范围1:0.05～0.05:1，z为满足各元素化合价所需要氧的原子比率。
[0008]一种钴铝壳核复合氧化物负载单原子铱催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)向铝盐，优选硝酸铝或醋酸铝溶液中加入氨水至pH为10～11，进行水热反应；干燥煅烧制得氧化铝载体；
[0010](2)将(1)中氧化铝载体研至粉末状，加入钴盐溶液，优选硝酸钴或醋酸钴溶液搅拌、干燥、煅烧后制得钴铝壳核结构复合氧化物载体；
[0011](3)将(2)所得载体研至粉末状在还原性气体氛围下煅烧处理；
[0012](4)向步骤(3)处理后的载体中(氢气处理后载体中)加入铱盐优选三氯化铱溶液，搅拌，优选搅拌4～6小时得到浆料，干燥、煅烧制得钴铝壳核结构负载单原子Ir催化剂；
[0013](5)将(4)所得催化剂再次研磨后经多巴胺处理后洗涤干燥，并分别在惰性气体、氧气气氛下煅烧，最终得到经多巴胺处理的钴铝壳核结构复合氧化物负载单原子铱催化剂。
[0014]本专利技术催化剂的制备方法中，配制氧化物载体前驱体溶液：0.5
‑
1mol/L硝酸铝溶液，0.5
‑
1mol/L硝酸钴溶液和0.01
‑
0.02mol/L三氯化铱溶液。
[0015]本专利技术催化剂的制备方法中，步骤(1)中，配制硝酸铝溶液，30～80℃水浴，搅拌条件下逐滴滴加氨水至pH为9～11，将所得溶液转移至水热反应釜中在120
‑
150℃条件水热反应12～18小时。
[0016]本专利技术催化剂的制备方法中，步骤(1)中，水热反应后将反应液滤，洗涤，在100
‑
120℃条件下干燥12～24小时，然后在400～650℃，优选400
‑
500℃条件下(优选升温速率2℃/min)煅烧4～8小时，制得氧化铝载体。
[0017]本专利技术催化剂的制备方法中，步骤(2)中，搅拌4～6小时，制得浆料，在100
‑
120℃条件下干燥12～24小时，然后在400～650℃，优选400～500℃(优选升温速率2℃/min)条件下煅烧4～8小时，制得钴铝壳核结构复合氧化物载体。
[0018]本专利技术催化剂的制备方法中，步骤(3)中，所得载体磨至粉末后置于管式炉中还原性气氛下200
‑
400℃锻烧2
‑
5h，优选2～4h；还原性气体优选氢气。
[0019]本专利技术催化剂的制备方法中，步骤(4)中，将所得浆料在100
‑
120℃条件下干燥12～24小时，然后在400～650℃条件下煅烧4～8小时制得钴铝壳核结构复合氧化物负载单原子Ir催化剂。
[0020]本专利技术催化剂的制备方法中，步骤(5)中，加入多巴胺后搅拌混合10
‑
30min，然后常温下持续搅拌12
‑
24h，优选20
‑
24h，催化剂与多巴胺加入量质量比为5:1
‑
10:1。
[0021]优选地，取150～300mL去离子水，向其中加入标准缓冲溶液，优选10mmol/L的三(羟甲基)氨基甲烷缓冲溶液，并用0.1mol/L HCl调节pH＝8～10，优选8～9；加入多巴胺，搅拌混合10～30min后，加入催化剂粉末。
[0022]本专利技术催化剂的制备方法中，步骤(5)中，洗涤用乙醇和去离子水离心洗涤3次，真空条件下40
‑
50℃干燥12
‑
24h；和/或，先在惰性气体气氛下700
‑
900℃(优选升温速率2℃/min)锻烧2
‑
5h，降温后在空气氛围400
‑
600℃(优选升温速率2℃/min)锻烧2
‑
5h。惰性气体优选氮气、氦气、氩气。
[0023]钴铝壳核结构载体以氧化铝为内核，氧化钴均匀分散在氧化铝表面，二者表面的相互作用增强了载体的稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴铝壳核复合氧化物负载单原子铱催化剂，其特征在于：该催化剂组成表示为：Ir1/Co
x
Al
y
O
z
，其中负载的铱质量百分含0.005
‑
0.05wt％，优选0.01
‑
0.05wt％，x:y钴铝摩尔比范围1:0.05～0.05:1，z为满足各元素化合价所需要氧的原子比率。2.一种制备如权利要求1所述的催化剂的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)向铝盐溶液中加入氨水至pH为10～11，进行水热反应；干燥煅烧制得氧化铝载体；(2)将(1)中氧化铝载体研至粉末状，加入钴盐溶液搅拌、干燥、煅烧后制得钴铝壳核结构复合氧化物载体；(3)将(2)所得载体研至粉末状在还原性气体氛围下煅烧处理；(4)向步骤(3)处理后的载体中(氢气处理后载体中)加入铱盐溶液，搅拌，优选搅拌4～6小时得到浆料，干燥、煅烧制得钴铝壳核结构负载单原子Ir催化剂；(5)将(4)所得催化剂再次研磨经多巴胺处理后洗涤干燥，并分别在惰性气体、氧气气氛下煅烧，最终得到经多巴胺处理的钴铝壳核结构复合氧化物负载单原子铱催化剂。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：钴盐浓度为0.5
‑
1mol/L、铝盐浓度为0.5
‑
1mol/L、铱盐溶液浓度为0.01
‑
0..02mol/L；优选铝盐为硝酸铝或醋酸铝，钴盐为硝酸钴或醋酸钴，铱盐为三氯化铱。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，配制硝酸铝溶液，30～80℃水浴，搅拌条件下逐滴滴加氨水至pH为9～11，将所得溶液转移至水热反应釜中在120
‑
150℃条件水热反应12～18小时。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，在100
‑
120℃条件下干燥12～24小时，然后在400～650℃条件下煅烧4～8小时，制得氧化铝载体...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾斌，李江，刘赟，孟庆帅，吴雪峰，张宏科，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：