一种用于一氧化碳氧化反应的催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于一氧化碳氧化反应催化剂及其制备方法。在富氧反应气氛和载体表面羟基的共同作用下实现银催化剂的高分散，催化剂中银质量分数为0.1～10％，载体为表面羟基化的二氧化硅；该催化剂应用于富氧条件下的一氧化碳氧化反应、有机物氧化消除、汽车/高炉尾气净化等反应。该催化剂可在宽温度窗口(室温到600℃)下高效催化一氧化碳氧化反应，在高温下长期(大于1000h)运行不发生失活，并且在二氧化碳、水汽、烷烃等存在条件下还能保持优异的性能。该催化剂利用反应气氛原位诱导产生高分散活性组分并维持其高活性和稳定性，制备方法简单，易于放大，在汽车尾气消除、环境净化等方面具有广泛的应用前景。等方面具有广泛的应用前景。等方面具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于一氧化碳氧化反应的催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于催化氧化
，具体涉及一种用于一氧化碳氧化反应和汽车/高炉尾气净化的催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]自人类进入内燃机时代以来，汽车取代传统的马车成为社会交通的主要工具。富含大量一氧化碳、烃类等污染物的汽车尾气的排放造成严重的环境污染问题。如何高效处理一氧化碳、烃类等汽车尾气污染物从而消除环境污染越来越受到人们的关注。处理尾气中一氧化碳的主要方法是利用一氧化碳氧化反应(2CO+O2＝2CO2)消除一氧化碳，转化成对人体无害的二氧化碳。
[0003]目前在汽车尾气处理装置中最常用的三效催化剂通常是以贵金属Pt、Rh、和Pd为活性组分。汽车发动机尾气温度一般在200～400℃之间，在这样的高温反应条件下，作为活性组分的贵金属催化剂容易发生纳米粒子烧结，降低了活性组分的比表面积从而使得催化剂失活。贵金属的使用也大大提高了汽车尾气处理的成本。同时发动机尾气在启停与持续工作过程中存在巨大的温度差异，催化剂需要在低温到高温段都能高效地催化一氧化碳的完全氧化。因此开发涵盖低温到高温的宽温度区间内高效催化一氧化碳氧化且在高温下抗烧结的催化剂是研究的关键和难点。
[0004]人们为了提高贵金属催化剂的抗烧结能力做了大量的研究。目前，研究较多的方法包括利用多孔氧化物或薄层氮化硼对贵金属Pt，Au等纳米颗粒进行包裹，以及选用合适的载体(如CeO2，分子筛等)以增强金属颗粒与载体表面的相互作用，这些方法可以有效地抑制金属颗粒的烧结问题。然而，前者是以牺牲活性为代价来提高活性金属组分的稳定性；后者过强的金属
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载体相互作用会降低了催化剂在低温段的反应活性，而较弱的金属
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载体相互作用在实际的尾气处理反应中又无法避免金属颗粒烧结。传统上利用粒子包裹或者金属
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载体强相互作用对于催化剂制备过程要求较高，难以实现催化剂的宏量制备，不适合工业化的推广应用。

技术实现思路

[0005]考虑一氧化碳氧化反应和汽车/高炉尾气净化催化剂的发展现状，为克服现有技术缺陷，本专利技术开发了一种基于富氧反应气氛诱导活化二氧化硅担载的高活性银催化剂的制备方法，可用于催化一氧化碳氧化反应、汽车尾气净化、高炉尾气净化等反应。该催化剂基于汽车尾气净化的反应条件设计，在反应气氛下直接活化并稳定高活性的Ag纳米团簇，在宽温度窗口(室温到600℃)高效催化氧化反应，同时拥有十分优异的高温稳定性，高温下长时间运行没有活性损失。
[0006]为实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种用于一氧化碳氧化反应的催化剂的制备方法利用氧化反应气氛原位诱导产生高分散的活性组分，所述催化剂以二氧化硅作为载体，以金属Ag为活性组分。
[0007]所述用于诱导产生活性组分的反应气氛为富氧的催化氧化反应气氛。
[0008]所述方法包括以下步骤：
[0009](1)将载体在450～550℃温度下煅烧5h；
[0010](2)将含银的固体前躯体与煅烧后的载体机械混合，充分研磨，得到含银前躯体和载体的混合物；
[0011](2)将步骤(2)中得到的混合物，在富氧气氛下在300～500℃焙烧2～10h，得到Ag/SiO2催化剂。
[0012]所述含银前躯体为银粉或氧化银粉；粉末的粒径为1nm～1μm。
[0013]所述富氧气氛为纯级O2、惰性气体稀释的不同浓度的O2、O2与CO体积比≥1的反应气中的至少一种。
[0014]本专利技术另一方面提供上述制备方法制得的催化剂，所述催化剂中金属Ag以质量分数计，为载体的0.1％～10％，金属粒径为0.3～2nm。
[0015]通过改变处理气氛的氧浓度调控金属活性组分的尺寸；氧浓度越高，金属活性组分尺寸越小。
[0016]所述载体表面具有表面羟基基团，包括孤立羟基、耦连羟基。
[0017]本专利技术再一方面提供了所述担载Ag催化剂在一氧化碳氧化反应、气态有机物氧化消除、汽车/高炉尾气净化中的应用。
[0018]本专利技术与现有技术比较的优点：
[0019]利用反应气氛诱导活化得到高稳定高活性的二氧化硅担载Ag催化剂。该催化剂在一氧化碳氧化反应和汽车尾气净化中表现出良好的高温抗烧结性能，高温下长时间运行未见失活，且在宽温度窗口内(室温到600℃)都表现出对一氧化碳氧化反应的优异催化活性。该方法是首次公开报道的利用富氧反应气氛诱导活化并稳定活性组分的Ag基催化剂制备方法，该方法简单易行，易于放大，有很大的潜力应用于汽车等尾气净化。
附图说明
[0020]附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。
[0021]图1为实施例1中5％Ag载量的含银前驱体的Ag2O
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SiO2混合物在反应气氛下活化前(Ag2O
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SiO2)后(Ag/SiO2)的X射线衍射图和X射线光电子能谱图，其中，a为X射线衍射图，b为X射线光电子能谱图；
[0022]图2为实施例1中5％Ag载量的含银前驱体的Ag2O
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SiO2混合物在反应气氛下活化前后的球差电镜图，其中a为活化前(Ag2O
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SiO2)，b为活化后(Ag/SiO2)；
[0023]图3为实施例2中5％Ag载量的含银前驱体的Ag2O
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SiO2混合物在反应气氛下活化前后的催化反应性能对比图；
[0024]图4为实施例3中所述5％Ag载量的含银前驱体的Ag2O
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SiO2混合物在不同O2浓度的反应气氛中活化后的催化反应性能对比图；
[0025]图5为实施例4所述活化后的5％Ag/SiO2催化剂在宽温度窗口区间(室温到600℃)的催化活性；
[0026]图6为实施例5中所述活化后的5％Ag/SiO2催化剂长时间运行稳定性图；
[0027]图7为实施例6、7中所述活化后5％Ag/SiO2催化剂在高反应空速下的催化活性图与稳定性图；其中a为不同温度下催化剂的催化活性，b为5600000mL/g
cat
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h下，不同运行时间的催化剂稳定性图，c为1200000mL/g
cat
·
h下，不同运行时间的催化剂稳定性图；
[0028]图8为实施例8、9、10中所述活化后5％Ag/SiO2催化剂在含有CO2和C3H6的一氧化碳反应气氛中的催化活性与稳定性图；其中a为不同温度下催化剂的催化活性，b为500℃下，不同运行时间的催化剂稳定性图，c为80℃下，不同运行时间的催化剂稳定性图；
[0029]图9为实施例11、12中所述活化后5％Ag/SiO2催化剂在含有CO2、CH4、H2O的模拟汽车尾气气氛中的催化活性与稳定性图；其中a为不同温度下催化剂的催化活性，b不同运行时间的催化剂稳定性图；
[0030]图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于一氧化碳氧化反应的催化剂的制备方法，其特征在于：利用氧化反应气氛原位诱导产生高分散的活性组分，所述催化剂以二氧化硅作为载体，以金属Ag为活性组分。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述用于诱导产生活性组分的反应气氛为富氧的催化氧化反应气氛。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将载体在450～550℃温度下煅烧5h；(2)将含银的固体前躯体与煅烧后的载体机械混合，充分研磨，得到含银前躯体和载体的混合物；(2)将步骤(2)中得到的混合物，在富氧气氛下在300～500℃焙烧2～10h，得到Ag/SiO2催化剂。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅强，李荣坦，包信和，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：