一种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催化剂及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将含有强电负性基团的溶液和催化剂载体原料混合，干燥后进行煅烧，得到强电负性基团修饰的催化剂载体；(2)将所述强电负性基团修饰的催化剂载体和活性组分的前驱体溶液混合，干燥后进行煅烧，得到所述催化剂；其中，所述强电负性基团包括SO

【技术实现步骤摘要】
一种催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化
，涉及一种催化剂及其制备方法和应用，尤其涉及一种适应高空速的抗硫性低温丙烷燃烧催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来我国汽车工业的发展十分迅速，给环境带来较大的污染排放。燃料燃烧释放的污染物主要包括未燃烧的碳氢化合物(HCs)、氮氧化物(NO
x
)和颗粒物等，对环境和人类有很大的危害。废气成分中的碳氢化合物会造成大气中的挥发性有机化合物(VOC)含量大幅增加。碳氢化合物不仅会导致严重的健康问题，还会促进光化学烟雾的形成。为了减轻碳氢化合物释放的危害，迫切需要高效的处理策略。然而，与不饱和烃的催化氧化相比，汽车尾气中释放的烷烃(尤其是短链烷烃，如甲烷和丙烷等)具有稳定的分子结构和较强的C
‑
H键，对其进行催化氧化仍是一个较大的挑战。在实际运行中，由于汽车工况多变，要求催化剂能够适应较大的空速范围，同时要求催化剂具有一定的抗硫性能，在含硫气氛下催化仍具有活性。
[0003]CN104684643A公开了一种用于制备丙烷氧化催化剂的方法，所述方法包含在预先煅烧区域中在含氧气体中预先煅烧催化剂前驱体，接着将无氧气体供应至净化区域直到离开所述区域的气体基本上不含氧，并且煅烧所述预先煅烧的前驱体以获得所述催化剂。
[0004]CN107952441A公开了一种丙烷催化燃烧复合氧化物催化剂的制备方法及其应用。该催化剂的制备方法采用柠檬酸法制备铈钴复合氧化物，步骤如下：称取硝酸钴和硝酸铈溶于去离子水中，形成溶液A；称取柠檬酸溶于去离子水中，形成溶液B；将溶液A与溶液B混合，搅拌得到溶液C，将溶液C旋蒸得到凝胶状物质D；将所得物质D干燥，300℃
‑
350℃下焙烧1h
‑
2h，得到固体物质并研磨，500℃
‑
700℃下焙烧3h
‑
4h，得到铈钴复合氧化物。但以上专利提供的催化剂难以同时满足高空速和抗硫性的需求。
[0005]因此，亟需一种制备催化剂的方法，使得催化剂能够在高空速和含硫气氛下具有良好的催化性能。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种催化剂及其制备方法和应用。本专利技术采用强电负性基团修饰中值粒径为20
‑
150nm的催化剂载体原料，并在修饰后的载体上负载活性组分，强电负性基团、活性组分和催化剂载体原料三者的共同作用，能够提升催化剂的活性和抗硫性能，使得催化剂在低温、高空速和含硫气氛的条件下，也能够具有良好的催化性能。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0009](1)将含有强电负性基团的溶液和催化剂载体原料混合，干燥后进行煅烧，得到强电负性基团修饰的催化剂载体；
[0010](2)将所述强电负性基团修饰的催化剂载体和活性组分的前驱体溶液混合，干燥后进行煅烧，得到所述催化剂；
[0011]其中，所述强电负性基团包括SO
42
‑
、WO
42
‑
、VO3‑
、MoO
42
‑
、PO
43
‑
、三氟甲基、PW
12
O
404
‑
(磷钨酸根)和Nb2O5中的至少一种；所述催化剂载体原料的中值粒径为20
‑
150nm，例如可以是20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm或150nm等。
[0012]本专利技术提供了一种催化剂的制备方法，其制备工艺简单，采用强电负性基团修饰中值粒径为20
‑
150nm的催化剂载体原料，并在修饰后的载体上负载活性组分。其中，强电负性基团可与活性组分协同作用，促进分子氧和丙烷C
‑
H键的活化，使制备的催化剂对高空速和氧化还原气氛更加敏感，大幅提升其在高空速下的活性和在低温下的活性；同时，强电负性基团和活性组分可共同强化催化剂的抗硫中毒性质；此外，使用中值粒径为20
‑
150nm的催化剂载体原料更利于提高催化剂的活性；
[0013]并且，采用本专利技术的方法制备的催化剂，能够在催化氧化反应热能的作用下，自调整优化活性组分状态，以达到适应高空速的最佳催化活性；即使在低温、高空速和含硫气氛下，催化剂也能够表现出高催化活性和高稳定性，大幅降低了丙烷燃烧时的能量消耗。
[0014]本专利技术中，若催化剂载体原料的粒径过小，会导致催化剂逐渐烧结失活，不利于其长期催化稳定性；若催化剂载体原料的粒径过大，会导致催化剂比表面积降低及其表面活性物种团聚和活性不足。
[0015]优选地，含所述强电负性基团的物质包括氯化氢、硫酸、硝酸、磷酸、氯化铵、硫酸铵、钼酸铵、磷酸铵、钨酸、偏钒酸铵中的至少一种，优选为硫酸、磷酸、硫酸铵、钼酸铵、磷酸铵、钨酸、偏钒酸铵中的至少一种。
[0016]优选地，所述催化剂载体原料包括二氧化钛、铈基金属氧化物、酸性分子筛和类分子筛中的至少一种，优选为铈基金属氧化物。
[0017]本专利技术中，催化剂载体原料优选为铈基金属氧化物，是由于铈基金属氧化物具有稳定的储放氧能力和表面可调变性。
[0018]优选地，所述铈基金属氧化物包括二氧化铈和铈锆固溶体。
[0019]优选地，所述二氧化铈为球状二氧化铈。
[0020]优选地，所述二氧化铈中包括掺杂元素，所述掺杂元素包括Zr、Si、Al、Ti和稀土元素中的至少一种。
[0021]优选地，以所述二氧化铈的质量为100％计，所述掺杂元素的质量分数为0
‑
10％，例如可以是0％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％等。其中，质量分数为0％代表不掺杂。
[0022]优选地，所述铈锆固溶体中包括掺杂元素，所述掺杂元素包括Zr、Si、Al、Ti和稀土元素中的至少一种。
[0023]优选地，以所述铈锆固溶体的质量为100％计，所述掺杂元素的质量分数为0
‑
10％，例如可以是0％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％等。其中，质量分数为0％代表不掺杂。
[0024]优选地，所述酸性分子筛包括氧化硅酸性分子筛(SBA
‑
15)。
[0025]优选地，以所述强电负性基团修饰的催化剂载体的总质量为100％计，所述强电负
性基团的质量分数为5
‑
20％，例如可以是5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％等。
[0026]优选地，步骤(1)所述混合的过程中伴有超声处理，所述超声处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将含有强电负性基团的溶液和催化剂载体原料混合，干燥后进行煅烧，得到强电负性基团修饰的催化剂载体；(2)将所述强电负性基团修饰的催化剂载体和活性组分的前驱体溶液混合，干燥后进行煅烧，得到所述催化剂；其中，所述强电负性基团包括SO
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、WO
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、VO3‑
、MoO
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、PO
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、三氟甲基、PW
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和Nb2O5中的至少一种；所述催化剂载体原料的中值粒径为20
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150nm。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂载体原料包括二氧化钛、铈基金属氧化物、酸性分子筛和类分子筛中的至少一种，优选为铈基金属氧化物；优选地，所述铈基金属氧化物包括二氧化铈和铈锆固溶体；优选地，所述二氧化铈为球状二氧化铈；优选地，所述二氧化铈中包括掺杂元素，所述掺杂元素包括Zr、Si、Al、Ti和稀土元素中的至少一种；优选地，以所述二氧化铈的质量为100％计，所述掺杂元素的质量分数为0
‑
10％；优选地，所述铈锆固溶体中包括掺杂元素，所述掺杂元素包括Zr、Si、Al、Ti和稀土元素中的至少一种；优选地，以所述铈锆固溶体的质量为100％计，所述掺杂元素的质量分数为0
‑
10％。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，以所述强电负性基团修饰的催化剂载体的总质量为100％计，所述强电负性基团的质量分数为5
‑
20％。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(1)所述混合的过程中伴有超声处理，所述超声处理的时间为10
‑
60min；优选地，步骤(1)所述干燥的方式包括旋蒸干燥；优选地，步骤(1)所述干燥的温度为50
‑
120℃；优选地，步骤(1)所述煅烧为分步煅烧，所述分步煅烧包括：先进行一次煅烧，再进行二次煅烧，得到强电负性基团修饰的催化剂载体；优选地，所述一次煅烧的温度为300
‑
400℃；优选地，所述一次煅烧的时间为1
‑
3h；优选地，所述二次煅烧的温度为400
‑
700℃；优选地，所述二次煅烧的时间为1
‑
3h；优选地，所述一次煅烧和所述二次煅烧的气氛均为含氧气氛。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)所述活性组分包括贵金属元素；优选地，所述贵金属元素包括Pt、Rh和Pd元素中的至少一种，优选为Pt与Rh和Pd元素中的至少一种的组合；优选地，以所述催化剂的质量为100％计，所述贵金属元素的质量分数为0.1
‑
5％；优选地，所述活性组分还包括第一掺杂元素和/或第二掺杂元素；优选地，所述第一掺杂元素包括Fe、Co、Sc、Mn、Ni和Cu中的至少一种；优选地，以所述贵金属元素的总质量为100％计，所述第一掺杂元素的质量分数...

【专利技术属性】
技术研发人员：张一波，刘凯杰，孙加营，杨向光，
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：