一种低温催化氧化CO的SiO*担载金催化剂及其制备方法技术

一种低温催化氧化ＣＯ的ＳｉＯ↓［２］担载金催化剂是对ＳｉＯ↓［２］表面进行修饰处理、即在表面分散有过渡金属氧化物的ＳｉＯ↓［２］上担载纳米金的催化剂，过渡金属与ＳｉＯ↓［２］的重量百分比为０．５％～５０％，金与ＳｉＯ↓［２］的重量百分比为０．１％～６％。本催化剂是在惰性载体ＳｉＯ↓［２］上得到的高活性的金催化剂，能在室温下使ＣＯ完全转化，而且原料易得，制备方法是传统的氯金酸溶液为前驱体的沉淀沉积法，本催化剂具有很好的应用前景，同时也为金催化剂的实际应用开辟了新的途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种催化剂及其制备方法，特别涉及一种用于低温催化氧化co的金催化剂及其制备方法，确切地说是一种用于低温催化氧化CO的Si02担载金催化剂及其制备方法。二、
技术介绍
CO的低温催化氧化在环境保护，燃料电池，封闭内循环式CO激光器,co气体传感器，co 气体防毒面具以及密闭系统内微量co清除等方面极具现实意义，尤其是特定温度富氢条件 下CO催化氧化的研究，对于避免Pt电极中毒,提高燃料电池中氢的使用率有着十分重要的意义。自从Haruta于1989年发现高分散的纳米金具有良好低温氧化C0活性以来，越来越多学者对纳米金催化剂进行了大量的研究.经过研究发现,不同的载体用相同的方法负载金得到的活性有很大 的差别.一般以氯金酸为前驱体，用沉淀沉积方法,在Ti02， FeA， Ce02， CoA这类载体上可以 得到具有低温催化氧化CO的高活性纳米金，而对于Si02和A1A这类载体，得到的金催化活性 并不理想，这些活性的差别主要与载体本身的性质有关， 一般而言，易还原的载体(如Ti02， Fe203)担载的金催化剂就有较好的反应活性.Behm等人将1102, Fe203， Ce02， 0)304这类能够简单制备得到高活性纳米金的载体称为活性载体，而将Si02 ， A1A得到催 化活性并不理想的载体称为惰性载体。近些年来， 一些学者用特殊的方法在惰性载体Si02上得到高分散的纳米金粒子.如 Haruta等人用化学气相沉积法(CVD)在Si02载体上得到了2-3nm的高分散的 小金；Dai等人用Si02分子筛来束缚纳米金的长大；也有一些学者用金的阳离子做前驱体，用沉淀沉积法得到了小金.值得注意的是，这些小金 只有一部分表现出良好的低温催化氧化CO的活性，更重要的是，这些方法要么涉及到复杂的仪器，要么涉及到特殊的金前驱体。 三、
技术实现思路
本专利技术旨在为低温催化氧化CO提供一种可以实际应用的高活性金催化剂，所要解决的技 术问题是在惰性载体Si02上负载高活性金催化剂。本专利技术所称的Si02担载金催化剂是Si02负载型纳米金催化剂，与现有技术的区别是对 Si02表面进行修饰处理，所谓表面修饰就是通过处理将过渡金属氧化物(MOx)分散在Si02 表面，所以本催化剂就是在表面分散有过渡金属氧化物的Si02上担载纳米金所构成的催化齐U，过渡金属(M)与Si02的重量百分比为0. 5%~50%，金(Au)和Si02的重量百分比为0. 1%~6%。所述的过渡金属氧化物(MOx)选自氧化钴(CoOx)或氧化锌(ZnO)或氧化铈(CeOx) 或氧化铁(FeOx)或氧化镍(NiOx)或氧化铜(CuOx)等。本催化剂的制备方法是以Si02为载体、氯金酸为前驱体的沉淀沉积法，包括混合、分离、 洗涤、干燥和焙烧，与现有技术的区别是对载体Si02进行修饰，这就是用等体积浸渍法将适量的Si02浸渍于一定浓度的过渡金属硝酸盐溶液中，室温阴干或干燥脱水后于200 60(TC下焙烧3 5小时，得到表面分散有MOx的SiO"然后将其加入一定量的氯金酸溶液中，调pH至8~10，在40 90。C下搅拌4~24小时，分离、洗涤除去氯离子后干燥脱水，最后于200~600'C下焙烧得到在表面分散有MOx的SiO2上担载纳米金的催化剂，M与Si02的重量百分比为0. 5%~50%， Au与Si02的重量百分比为0. 1%~6%。所述的"适量"(的Si02)、"一定浓度"(的硝酸盐溶液)和"一定量"(的氯金酸)，就是指据此比例计量的并受此比例的制约且可 在此范围内的变化。在以下的制备方法中含义亦然。在以后的叙述中，为方便表述称此制备 方法为A方法。本催化剂的第二种制备方法是以Si02为载体、氯金酸为前驱体的沉淀法，包括混合、分 离、洗涤、干燥和焙烧，与现有技术的区别是过渡金属硝酸盐溶液与氯金酸溶液共沉淀沉积， 这就是将一定浓度的过渡金属硝酸盐溶液与一定量的氯金酸溶液混合均匀，加入适量Si02，调混合溶液pH至8 10，在40 9(TC下搅拌4 24小时，分离、洗涤除去氯离子后干燥脱水，最后于200 600。C下焙烧得到在表面分散有M0x的Si02上担载纳米金催化剂，M与Si02的重量百分比为0.5%~50%， Au与Si02的重量百分比为0. 1%~6%。在以后的叙述中，为方便表 述称此制备方法为B方法。本催化剂的第三种方法是以Si02为载体、氯金酸为前驱体的沉淀沉积法，包括混合、分 离、洗涤、干燥和焙烧，与现有技术的区别是对载体Si02进行修饰，这就是将适量的Si02 加入一定浓度的过渡金属硝酸盐溶液中，搅拌下调溶液pH至8 10，得到过渡金属氢氧化物(M(OH) x)与Si02的复合物(M(OH) x/Si02)沉淀析出，分离，室温阴干或干燥脱水后于200 600'C下焙烧3~5小时，得到表面分散有MOx的Si02，然后将其加入一定量的氯金酸溶液中混合均匀，调pH至8 10，在40 9(TC下搅拌4~24小时，分离、洗涤除去氯离子后干燥脱水，最后于200 60(TC下焙烧得到在表面分散有MOx的Si02上担载纳米金催化剂，M与Si02的重量百分比为0. 5%~50%， Au与Si02的重量百分比为0. 1%~6%。在以后的叙述中为方便表述称此制备方法为C方法。 本申请有以下优点1、 开拓了负载型纳米金催化剂的研究思路。目前对负载型纳米金催化剂研究的很多， 但是由于Si02作为惰性载体，用一般方法很难得到具有较好催化活性的纳米金，SiCM乍为载 体研究相对较少，而这些研究也仅限于用特殊的实验方法，复杂的仪器得到高分散的小金。 申请人:选择Si02作为载体， 一方面是看中了作为惰性载体和金作用较弱，便于申请人进行催 化氧化CO的机理研究；另一方面也是看中了 Si02具有良好的工业加工的性质，为这种催化 剂在工业生产中的实际应用开辟途径。2、 制备过程简单方便。目前在Si02载体上得到高活性金的实验方法，有些需要特殊金 的前驱体，有些则需要复杂的仪器设备，不便于在普通实验室或企业中重复利用。本实验制 备过程中用到的药品和仪器，都是实验室和企业常用的药品和设备，便于广泛推广和应用。3、 催化剂性能好。通过不同的制备方法和改变金属氧化物不同的配比，能得到高活性 的催化剂，使CO在室温下完全转化。也有一部分催化剂在特定温度下具有高活性。4、 催化剂成本低。本专利技术催化剂容易制备，重复性能好，价格低，大大降低了催化剂 的制备成本，有很好的应用前景。四附图说明附图l 10所示是金催化剂在催化氧化CO时其催化活性与反应温度的关系。下称效果图。图l、图4、图IO是A方法制备的金催化剂的效果图。图2、图5、图6、图8、图9是B方法制备的金催化剂的效果图。图3是C方法制备的金催化剂的效果图。图7是未修饰的Si02沉淀沉积法制备的金催化剂的效果图。通过比较可以看出，本催化剂活性基本不受温度的影响，而且在303 333K(即30~60°C) 时即可将CO完全氧化。附图11~14是催化剂高分辨率透射电镜形貌图。图ll:沉淀沉积法制备的2%-Au(200)/Si02对比催化剂电镜形貌图。图中黑色颗粒为纳 米金粒子图12: B方法制备的2%-Au(200)/6%-Co0x本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温催化氧化ＣＯ的ＳｉＯ↓［２］担载金催化剂，是ＳｉＯ↓［２］负载型催化剂，其特征在于：本催化剂是在表面分散有过渡金属氧化物的ＳｉＯ↓［２］上担载纳米金的催化剂，过渡金属与ＳｉＯ↓［２］的重量百分比为０．５％～５０％，金与ＳｉＯ↓［２］的重量百分比为０．１％～６％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟新，千坤，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]