【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境友好型催化处理，具体涉及一种反相铜基催化剂及其制备方法，以及在选择性催化氨氧化生成n2和h2o的应用。
技术介绍
1、农业活动和大量汽车尾气的排放等人为活动导致nh3的排放量增加，由其引发的一系列环境问题得到了人们的密切关注。减缓nh3过量排放产生的负面影响最佳的办法是将污染物重新转化为高附加值的化学品。其中，氨选择性催化氧化在nh3的各种减排措施中被认为是最有前途的技术，其核心在于催化剂的选择。因此，人们投入了大量的精力来寻找用于氨氧化的高性能催化剂。
2、传统nh3氧化制氮气催化剂的设计主要围绕具有高活性的金属氧化物与氧化物基底形成的负载型催化剂展开。在传统催化剂中，通常以氧化硅、氧化铈、氧化锆、氧化铝、氧化钛等氧化物作为体相，以载体形态更好地分散活性组分。以具有相对较高反应活性的铜、铁、钴、镍的金属氧化物等作为催化剂负载相，用以提供反应活性位点，促进物种分子间的反应。而传统正相铜基催化剂往往在低于180℃时活性较低，氨气转化率大多低于20％，并且负载的铜纳米粒子活性中心在高温反应中容易团聚，从而降低反应活性。虽然大量的研究旨在提高传统的非贵金属负载型催化剂的催化活性，但活性金属氧化物含量受限且金属氧化物-载体间的界面含量较少，这成为了导致活性较低的主要原因。因此开发一种低温高效的氨选择性催化氧化的催化剂具有广阔的应用前景。
3、本专利技术提供了一种将纳米氧化物负载于活性组分金属氧化物上的反相铜基催化剂及其制备方法。一步法制备的反相铜基催化剂在180℃的温度下具备超过大多数已报道催化
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供了一种反相铜基催化剂及其制备方法和应用，采用一步法将纳米氧化物分散到铜氧化物表面，合成特定结构的催化剂，并在反应气氛下氧化处理得到反相铜基催化剂。本专利技术制备得到的一种棒状反相铜基催化剂能在180℃下高效的将氨选择性氧化为氮气，氨转化率＞50％，显著提高催化剂低温下的氨选择性催化氧化活性；并在稳定运行1200h后，nh3选择性催化氧化性能和n2选择性保持不变，表现出优异的反应稳定性，具有良好的应用前景。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种用于氨选择性催化氧化的反相铜基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将去离子水用氩气或氦气鼓泡，保持去离子水的无氧环境；用无氧环境的去离子水配制金属盐溶液，再将沉淀剂加入到负载相的金属盐溶液中，加热搅拌；
5、(2)将载体相的铜前驱体盐溶解于去离子水中后，加入金属盐溶液中；在加热反应条件下进行反应，搅拌温度为20-80℃，优选为30-55℃，搅拌反应时间为0.5-5h；整个反应过程中一直通入氩气或氦气保护；
6、(3)反应结束后，在室温下老化0.5-4h，将沉淀物在3000-10000r/min转速下进行离心分离，用水或有机溶剂洗涤；将洗涤后的样品在在60℃真空条件下干燥5-18h；
7、(4)将干燥的样品在惰性气氛下进行高温煅烧，条件为：以2-10℃/min的升温速率从室温升至250-500℃，煅烧1-6h，优选为2-4h；随后在250℃下的氨和氧混合反应气氛中氧化处理30-90min，得到所述反相铜基催化剂。
8、所述金属盐为硅酸酯、氯化锆、硝酸锆、水合硝酸锆、硝酸铈、硝酸亚铈、水合硝酸铈、硝酸铝、水合硝酸铝、氯化铝、四氯化钛、硝酸钨、氯化钨、硝酸镧、水合硝酸镧、氯化镧、硝酸锰、水合硝酸锰、氯化锰中的一种或两种以上混合。
9、所述铜前驱体盐为硝酸铜、水合硝酸铜、氯化铜、水合氯化铜中的一种或两种以上混合。
10、所述沉淀剂为氢氧化钠、草酸、碳酸钠、尿素、氨水、四丙基氢氧化铵中的一种或两种以上混合。
11、所述沉淀剂的摩尔量为1-5倍的金属盐与铜前驱体盐的总摩尔量。
12、所述氨和氧混合反应气氛氧化处理中氨气浓度为500～5000ppm，氧气含量为5～20vol％。
13、所述反相铜基催化剂中，活性氧化铜载体相的质量为所述催化剂质量的50.01％～94.9％。
14、所述金属盐与铜前驱体盐的摩尔比＞1:1且＜1:20。
15、一种大气环境中氨选择性氧化消除的方法，利用反相铜基催化剂，以氨和氧气为反应原料，在固定床或移动床上进行转化反应，通过o2将nh3转化为n2和h2o；具体方法为：将反相铜基催化剂置于固定床或移动床反应器中，通入反应气，反应气中氨气浓度为500～5000ppm，氧气含量为5～20vol％，体积空速为9000～80000h-1。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
17、(1)本专利技术采用一步法将不同量的纳米氧化物包裹或分散于具有活性的铜氧化物载体表面，制备方法简便、绿色，更加安全稳定的得到具有反相界面结构的催化剂。本专利技术在整个制备过程中保持溶液的无氧环境，同时在真空条件下干燥和惰性气氛下煅烧使制备出的铜基催化剂前体具有更多的一价铜，而更多一价铜存在的界面有利于氨氧化活性；在反应气氛下氧化处理使催化剂表面达到稳定状态，以在反应过程中保持结构的稳定。该处理方法成功制备一种出高活性界面结构的催化剂，相比于浸渍法及共沉淀法制备的负载型催化剂，一步法制备的反相铜基催化剂性能具有显著提升。
18、(2)本专利技术制备得到的催化剂中的纳米氧化物与铜氧化物摩尔比＞1:1且＜1:20，得到的反相铜基催化剂为棒状结构。铜氧化物作为棒状载体，纳米氧化物分散于载体表面，具备反相界面结构。
19、(3)本专利技术制备得到的棒状反相铜基催化剂用于氨选择性催化氧化反应中。在整个反应过程中用惰性气氛鼓泡使棒状铜氧化物表面表现出多孔结构，增大了催化剂的比表面积，该多孔棒状载体与纳米氧化物形成了更多的反应界面，具有更强的界面相互作用，增强了氨选择性催化氧化性能。在180℃时高效的将氨选择性氧化为氮气，氨转化率＞50％，显著提高催化剂低温下的氨选择性催化氧化活性及氮气选择性。此外，在氨选择性催化氧化反应中运行1200h后，表现出优异的反应稳定性，可长时间或多次循环使用。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于氨选择性催化氧化的反相铜基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐为硅酸酯、氯化锆、硝酸锆、水合硝酸锆、硝酸铈、硝酸亚铈、水合硝酸铈、硝酸铝、水合硝酸铝、氯化铝、四氯化钛、硝酸钨、氯化钨、硝酸镧、水合硝酸镧、氯化镧、硝酸锰、水合硝酸锰、氯化锰中的一种或两种以上混合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜前驱体盐为硝酸铜、水合硝酸铜、氯化铜、水合氯化铜中的一种或两种以上混合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂为氢氧化钠、草酸、碳酸钠、尿素、氨水、四丙基氢氧化铵中的一种或两种以上混合。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂的摩尔量为1-5倍的金属盐与铜前驱体盐的总摩尔量。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氨和氧混合反应气氛氧化处理中氨气浓度为500～5000ppm，氧气含量为5～20vol％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐与铜前驱体盐的
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反相铜基催化剂中，载体相的质量为反相铜基催化剂质量的50.01％～94.9％。
9.权利要求1-8任一所述的制备方法得到的反相铜基催化剂在选择性催化氧化氨产生氮气和水中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，，利用反相铜基催化剂，以氨和氧气为反应原料，在固定床或移动床上进行转化反应，通过O2将NH3转化为N2和H2O；具体方法为：将反相铜基催化剂置于固定床或移动床反应器中，通入反应气，反应气中氨气浓度为500～5000ppm，氧气含量为5～20vol％，体积空速为9000～80000h-1。
...【技术特征摘要】
1.一种用于氨选择性催化氧化的反相铜基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐为硅酸酯、氯化锆、硝酸锆、水合硝酸锆、硝酸铈、硝酸亚铈、水合硝酸铈、硝酸铝、水合硝酸铝、氯化铝、四氯化钛、硝酸钨、氯化钨、硝酸镧、水合硝酸镧、氯化镧、硝酸锰、水合硝酸锰、氯化锰中的一种或两种以上混合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜前驱体盐为硝酸铜、水合硝酸铜、氯化铜、水合氯化铜中的一种或两种以上混合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂为氢氧化钠、草酸、碳酸钠、尿素、氨水、四丙基氢氧化铵中的一种或两种以上混合。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂的摩尔量为1-5倍的金属盐与铜前驱体盐的总摩尔量。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。