一种用于CO氧化催化的非贵金属催化剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于CO氧化催化的非贵金属催化剂及其应用。以Ni粉和Si粉为原料，通过掺杂稀土元素铈，并采用不同配比，进行多类多孔Ni

【技术实现步骤摘要】
一种用于CO氧化催化的非贵金属催化剂及其应用


[0001]本专利技术涉及一种用于CO氧化催化的非贵金属催化剂及其应用，属于催化化学


技术介绍

[0002]随着我国经济水平的高速发展，随之而来的就是大气污染物的问题。目前我国CO的排放量非常大，CO的治理已经成为了重点问题。在现有技术的基础上，需要找到高效率的脱除方法。在CO净化技术中，通过催化氧化将CO转变为CO2是一种高效、节能、无二次污染的净化方法。
[0003]根据目前的研究现状，用于CO催化氧化的催化剂主要以贵金属或非贵金属为主。继铂丝的开创性工作之后，许多贵金属如Pt，Rh，Pd，Ir，Rh和Au纳米颗粒被用于催化CO氧化。大多数贵金属如金都可以作为催化剂，是因为在贵金属上积累的负电荷可以削弱O
‑
O键，激活氧分子进行进一步的催化反应，而在贵金属上积累的正电荷可以促进CO的吸附。然而，这些催化剂通常都很昂贵，同时也会遇到CO中毒的问题，阻碍了催化过程持久的运行。也有许多非贵金属如Cr、Ce、Cu等被研究用于催化CO氧化。然而，非贵金属基催化剂对H2O敏感，特别是在含有SO2的气氛中，活性组分很容易转化为金属硫酸盐，如CuSO4，导致催化剂完全不可逆失活。
[0004]因此，有必要寻找新的材料作为催化剂来达到催化剂的耐水硫性。一些研究描述了使用镍催化剂进行CO氧化反应。并有研究表明利用镍化合物进行其他催化反应。同时通过密度泛函理论的计算研究表明，Ni
‑
Si的金属间化合物作为催化剂在不含水硫的简单气氛中使用时，CO的催化氧化是以Eley
‑
Rideal机制为主，由O2先靠近催化剂表面，气体中的CO随后接近O2，形成过渡态之后将CO2解吸从而达到催化氧化的效果，反应中最大的能垒为1.64eV。这种计算结果表明Ni
‑
Si的金属间化合物可以削弱O
‑
O键，激活氧分子进行进一步的催化反应。
[0005]在Ni
‑
Si体系中，存在Ni3Si、Ni2Si、Ni
16
Si7、Ni
31
Si
12
等几种金属间化合物。这几类金属间化合物具有良好的高温强度和耐腐蚀、抗氧化性能，是很有前途的高温耐腐蚀材料，可以满足在高温下对烧结烟气的处理。同时，在Ni
‑
Si金属间化合物中掺杂稀土元素Ce，能够使原本的金属间化合物的平均晶粒尺寸增大，有助于催化反应的进行。因此本专利技术通过制备掺杂稀土元素的Ni
‑
Si体系金属间化合物来达到催化剂在高温下的耐水硫性。本专利技术采用了混合、冷压、真空烧结等粉末冶金方法反应合成了多孔Ni
‑
Si金属间化合物，其具有良好的抗水硫性能，较好地解决了CO催化氧化过程催化剂易被H2O、SO2影响的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术公布了一种用于CO氧化催化的非贵金属催化剂及其应用，具体是按以下步骤完成：
[0007]1.制备过程：将一定比例的镍、硅、铈粉，酒精，聚乙烯醇缩丁醛酯混合，在真空箱
中干燥过筛后得到粉末颗粒；利用单轴模压法将粉末颗粒压制成待烧结的样品；将待烧结的样品置于真空加热炉中热处理：在低温阶段保温去除聚乙烯醇缩丁醛酯和水蒸气；在中温阶段保温满足催化剂的孔隙的形成；在高温阶段保温较长时间，从而为元素的扩散和反应提供时间；经烧结热处理后得到满足要求的CO催化剂，装入反应器中可以满足在含水含硫环境中的使用；
[0008]本专利技术制备过程中所加的Ni粉和Si粉的粒度为3
‑
15μm，Ni、Si的质量配比为4:1
‑
8:1，优选为6:1；掺杂的铈粉的质量占比为0.5％
‑
1％；所加的聚乙烯醇缩丁醛酯的质量占比为5％
‑
8％，酒精的质量占比为15％
‑
18％；单轴模压法所用的压力为0.5
‑
1MPa，保压时间为45
‑
80s；低温阶段保温措施具体为在100℃
‑
200℃时保温30
‑
45min，中温阶段保温措施具体为在500℃
‑
650℃时保温3
‑
4h，高温阶段保温措施具体为在1000℃时保温3
‑
4h。
[0009]2.具体应用：在6000ppm浓度CO，烟气量为1L/min的简单气氛的模拟测试中，该催化剂在280℃左右可实现CO完全转化；在含10％浓度H2O、500ppm浓度SO2和6000ppm浓度CO，烟气量为1L/min，反应温度为280℃的环境中反应时，催化剂的催化效率随时间增长逐渐恢复到原水平，并且在后续长时间的催化过程中，催化效率仍然保持高水平。这表明催化剂具有较好的抗水硫性能。
[0010]本专利技术公布了一种抗水硫CO催化剂的制备方法，其优点在于：
[0011](1)制备的催化剂成本低廉，且制备工艺简单、可靠性高；
[0012](2)该催化剂具有较好的抗水硫性能，能在复杂的烧结气氛中使用；
附图说明
[0013]图1为未掺杂的催化剂在不同环境气氛下作用后的扫描电镜图片。
[0014]图2为未掺杂的催化剂在不同环境气氛下CO脱除率随温度变化的曲线图。
[0015]图3未掺杂的催化剂在复杂气氛下的CO脱除率随催化时间增长的变化。
具体实施方案
[0016]下面将结合具体实施例对本专利技术作进一步的阐述，但本专利技术不仅限于这些实施例。
[0017]实施例1
[0018](1)粉末混合处理：将4g粒度为10μm的镍粉、1g粒度为8μm的硅粉、0.03g的铈粉、0.5g的酒精在球磨罐中球磨混合16h，混合后将粉末置于真空干燥箱中于80℃干燥1h；
[0019](2)造粒处理：将0.2g聚乙烯醇缩丁醛酯加入0.5g酒精中混合，再将之前的混合粉末加入其中，并使用60目的筛网过筛造粒，将得到的粉末置于真空干燥箱中于60℃干燥3h；
[0020](3)压片处理：对造粒后的粉末采用单轴模压法压片制样，采用的压力为1MPa，保压时间为40s；
[0021](4)烧结：将压片后制得的待烧结样品置于真空炉中加热，真空度不低于1
×
10
‑3Pa，升温速率为10℃/min，升温至150℃时保温45min，升温至600℃时保温4h，升温至1000℃时保温4h；
[0022](5)后处理：将烧结后的样品混入蒸馏水后置于超声波清洗机中清洗1h，真空干燥后完成CO催化剂的制备；
[0023](6)具体应用：将催化剂放置于6000ppm浓度CO，烟气量为1L/min的简单气氛中使用，测试后的催化性能良好。
[0024]实施例2
[0025](1)粉末混合处理：将4.5g粒度为5μm的镍粉、1g粒度为3μm的硅粉、0.5g的酒精在球磨罐中球磨混合16本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明公布了一种用于CO氧化催化的非贵金属催化剂及其应用，其特征在于，所述的非贵金属催化剂采用镍粉、硅粉和铈粉制备，其中所加粉末的粒度为3
‑
15μm。2.根据权利要求1所述的一种用于CO氧化催化的非贵金属催化剂及其应用，其特征在于，所用的镍粉和硅粉的质量配比为4:1
‑
8:1，最优选择为6:1，掺杂的铈粉的质量占比为0.5％
‑
1％，经烧结反应后可以得到一系列掺杂了稀土元素的多孔Ni
‑
Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴靓，张海泓，康建刚，贺跃辉，肖逸锋，张乾坤，李丽，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：