一种多元素掺杂纳米棒催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种多元素掺杂纳米棒催化剂及其制备方法，主要涉及金属催化剂技术领域，包括载体、负载活性金属和掺杂剂；所述载体为CeO2纳米棒，所述负载活性金属为单金属Pd或Pt，所述掺杂剂为过渡金属或稀土金属。通过使用过渡金属与稀土金属，能优化催化剂表面原子排列以及电子结构，提高催化剂性能以及抗水能力。通过使用单金属Pd或者Pt，对CO具有较好的低温氧化性能。低温氧化性能。低温氧化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种多元素掺杂纳米棒催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术主要涉及金属催化剂
，具体涉及一种多元素掺杂纳米棒催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]一氧化碳(CO)是主要的常见有毒空气污染物之一，主要来源于工业烟气和汽车尾气。可与人体血红蛋白结合，削弱血红蛋白供氧能力，损害中枢神经系统，对人体健康危害极大。
[0003]目前工业中采用的CO处理技术包括回收和销毁技术。其中，催化氧化是一种效果明显、有发展前途的技术。CO催化氧化技术的核心为催化剂设计与制备，不同的贵金属(如Pt，Au，Pd，Ru等)常常作为催化剂的活性位点。但是，现有技术存在以下不足：1)由于贵金属的稀缺性，导致催化剂使用价格偏高；2)催化剂起燃温度高，使用时候需加热炉辅助；3)由于环境中的水会与CO在催化剂表面竞争吸附，从而导致催化剂失活。4)此外，部分工业尾气经过脱硫净化后依然含有微量SO2(我国超低排放标准要求SO2≤35mg/m3)，SO2会抑制催化剂活性并导致催化失活。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种多元素掺杂纳米棒催化剂及其制备方法，解决现有技术中CO处理中催化剂价格偏高、起燃温度高、与环境中的水产生竞争吸附或微量SO2导致催化失活等技术问题。
[0005]本专利技术公开了一种多元素掺杂纳米棒催化剂，包括载体、负载活性金属和掺杂剂；所述载体为CeO2纳米棒，所述负载活性金属为单金属Pd或Pt，所述掺杂剂为过渡金属和/或稀土金属。
[0006]通过使用过渡金属与稀土金属，能优化催化剂表面原子排列以及电子结构，提高催化剂性能以及抗水能力。
[0007]通过使用单金属Pd或者Pt，对CO具有较好的低温氧化性能。
[0008]进一步的，所述CeO2纳米棒通过共沉淀
‑
水热法合成。
[0009]通过使用共沉淀
‑
水热法合成的CeO2纳米棒，主要暴露CeO2的(110)晶面，具有优异的氧化还原性能、出色的储释氧的能力。
[0010]进一步的，所述过渡金属为Fe、Co、Mn、N i、Cr、V或Zr。
[0011]进一步的，所述稀土金属为La、Pr或Nd。
[0012]进一步的，所述负载活性金属为高度分散的贵金属Pd或Pt原子。
[0013]进一步的，按质量百分比计，掺杂纳米棒状负载催化剂质量为100％，其中，负载贵金属含量为0.01％～0.5％。
[0014]进一步的，按质量百分比计，掺杂纳米棒状负载催化剂质量为100％，其中，过渡金属掺杂含量为0％～2.5％，稀土金属掺杂含量为0％～2.5％。
[0015]本专利技术第二个目的是保护一种多元素掺杂纳米棒催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0016]S1.配置前驱体溶液和碱溶液；
[0017]S2.将所述前驱体溶液和碱溶液混合搅拌后，使混合溶液充分老化，然后在高温下进行水热反应，将反应后的催化剂洗涤、过滤、干燥过夜得到固体物；
[0018]S3.步骤S2制备的固体物煅烧得到金属掺杂的CeO2纳米棒载体；
[0019]S4.将贵金属溶液逐步滴加到步骤S3制备的多金属掺杂CeO2纳米棒载体进行反应并搅拌均匀；将反应后的催化剂干燥过夜后，再次进行煅烧得到最终的多元素掺杂CeO2纳米棒负载贵金属催化剂。
[0020]进一步的，所述前驱体溶液制备方法为将金属前驱体与硝酸铈固体同时溶解于去离子水溶液中，配置成为前驱体溶液。
[0021]进一步的，所述碱溶液制备方法为将沉淀剂固体溶解于去离子水中，配置成为碱溶液。
[0022]进一步的，所述沉淀剂为碱性盐或强碱。
[0023]进一步的，所述碱性盐为Na2CO3、K2CO3或尿素。
[0024]进一步的，所述强碱为KOH、NaOH或氨水。
[0025]进一步的，沉淀剂为NaOH。
[0026]进一步的，步骤S2中所述老化反应温度为25～60℃，优选为25℃，时间为1～3小时，优选为1h。
[0027]进一步的，步骤S2中所述水热反应温度为100℃～180℃，优选100℃，时间为6～48小时，优选为12h。
[0028]进一步的，步骤S2中所述干燥温度为60℃～100℃，优选60℃，时间为12～24小时，优选为12h。
[0029]进一步的，步骤S3中所述煅烧温度为300℃～600℃，优选400℃，时间为1～8小时，优选为4h。
[0030]进一步的，步骤S4中所述反应温度为80℃。
[0031]进一步的，步骤S4中所述催化剂煅烧温度为300℃～600℃，优选300℃，时间为1～8小时，优选为2h。
[0032]进一步的，步骤S4中所述贵金属溶液使用PdC l2，Pd(NO3)2，PtC l2，Pt(NO3)2作为前驱体配置而成。
[0033]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：
[0034]1.本专利技术多金属掺杂催化剂能够通过控制金属掺杂量，调控优化催化剂表面原子排列方式以及电子结构。即使只负载微量的贵金属Pd或者Pt，也能表现出优异的低温活性。同时，多金属掺杂显著地延长了催化剂在有水或有SO2环境下的使用寿命。
附图说明
[0035]图1为本专利技术实施例催化剂的性能测试装置；
[0036]图2为本专利技术实施例6制备的0.2％ Pd/2.5％ Fe 2.5％ Pr
‑
CeO2纳米棒催化剂的透射电镜图(TEM)和能量色散X射线光谱仪(EDX)元素分布图，(a)标尺为50nm，(b)标尺为
2nm，(c)(d)标尺为20
[0037]nm。
具体实施方式
[0038]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
[0039]实施例1
[0040]一种多元素掺杂纳米棒催化剂及其制备方法，取1.736g Ce(NO3)3·
6H2O固体溶解于10m l溶液中，配置成为0.4mo l/L的Ce(NO3)3溶液。取19.2g NaOH固体溶解于70m l溶液中，配置成为6.886mo l/L的NaOH溶液。将两种溶液在耐热玻璃瓶中充分混合，并且连续搅拌1h，使混合物充分老化。加入到聚四氟乙烯高压釜内衬的不锈钢反应釜中，在100℃下处理12h。固体产物经离心分离，利用抽滤洗涤至中性，然后CeO2固体在烤箱中60℃干燥12小时。在400℃的条件下在空气中煅烧4小时。得到CeO2纳米棒载体。配置钯前驱体水溶液0.5mL(含0.001g Pd)加入到1g CeO2纳米棒载体中，搅拌均匀、不断反应，反应温度为80℃；将反应后的催化剂干燥过夜后，在300℃进行煅烧2h。所得催化剂为0.1％ Pd/CeO2。
[0041]实施例2
[0042]取1.736本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多元素掺杂纳米棒催化剂，其特征在于：包括载体、负载活性金属和掺杂剂；所述载体为CeO2纳米棒，所述负载活性金属为单金属Pd或Pt，所述掺杂剂为过渡金属和/或稀土金属。2.根据权利要求1所述的一种多元素掺杂纳米棒催化剂，其特征在于，所述过渡金属为Fe、Co、Mn、Ni、Cr、V或Zr。3.根据权利要求1所述的一种多元素掺杂纳米棒催化剂，其特征在于，所述稀土金属为La、Pr或Nd。4.根据权利要求1所述的一种多元素掺杂纳米棒催化剂，其特征在于：所述负载活性金属为高度分散的贵金属Pd或Pt原子。5.根据权利要求1所述的一种多元素掺杂纳米棒催化剂，其特征在于：按质量百分比计，掺杂纳米棒状负载催化剂质量为100％，其中，负载贵金属含量为0.01％～0.5％。6.根据权利要求1所述的一种多元素掺杂纳米棒催化剂，其特征在于：按质量百分比计，掺杂纳米棒状负载催化剂质量为100％，其中，过渡金属掺杂含量为0％～2.5％，稀土金属掺杂含量为0％～2.5％。7.根据权利要求1
‑
6任一项所述的一种多元素掺杂纳米棒...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳李科，邓彦博，袁绍军，宋文佳，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：