一氧化碳氧化与选择氧化催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种一氧化碳氧化与选择氧化的催化剂及其制备方法。催化剂载体为氧化铝颗粒担载的过渡金属氧化物，过渡金属选自Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ中的一种，活性组分为金，催化剂用浸渍法与沉淀－沉积法相结合的方法来制备。催化剂不仅可以氧化废气中的一氧化碳，而且可以选择氧化有氧条件下一氧化碳和氢气混合气中的一氧化碳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种一氧化碳氧化与选择氧化的催化剂及其制备方法。
技术介绍
一氧化碳是许多工业环境和室内环境中的首要污染物，在火灾现场、煤矿坑道等地，一氧化碳浓度过高会导致人体中毒死亡，同时也有发生爆炸的危险。在航天飞船、潜水艇等密闭环境中，蓄电池和发动机在工作过程中会产生少量的一氧化碳，也可能导致爆炸和人员中毒。因此，微量一氧化碳的消除对于环境保护和工业生产有着极其重要的意义。此外，一氧化碳的存在会强烈抑制氢气的氧化。例如，工业合成尿素，由于二氧化碳原料气中通常含有少量的氢气，它在合成过程中不被消耗，若积累过多，将有可能导致爆炸，而且这样的事件曾有发生。但是，二氧化碳原料气中微量的一氧化碳会强烈抑制氢气的氧化，通常只有大幅度提高反应温度才能达到氢气的完全消除。同样，氢气燃料电池的原料气很大一部分来自甲醇、重整气和水蒸气变换，其中常含有微量的一氧化碳，会毒害Pt电极，强烈抑制氢气氧化，降低燃料电池的性能。因此，一氧化碳的选择消除也具有极其重要的意义。目前，一氧化碳的消除普遍采用催化氧化的方法，担载金催化剂由于其对一氧化碳的独特氧化活性受到了人们的广泛关注。然而，其制备方法多限于共沉淀法，所得粉末状样品强度差，寿命短，很难投入实际使用。而对于一氧化碳选择氧化，由于氢气的存在抑制一氧化碳氧化，导致一氧化碳氧化温度的升高和选择性的下降，因此，寻找一种能够在较低温度下氧化和选择氧化一氧化碳的催化剂意义重大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种一氧化碳氧化与选择氧化的担载金催化剂及其制备方法。本专利技术所述催化剂，其特征在于催化剂载体为氧化铝颗粒担载的过渡金属氧化物，过渡金属选自Fe、Co、Mn中的一种，活性组分为金；其中金质量百分含量为载体的0.01％～2％，过渡金属氧化物质量百分含量为载体的1％～15％。催化剂的制备方法为浸渍法与沉淀-沉积法相结合，其特征在于催化剂载体的制备采用浸渍法，即将氧化铝颗粒浸渍于过渡金属盐溶液中静置，过渡金属吸附后取出，室温至100℃干燥，300～500℃焙烧；活性组分金以沉淀-沉积方式沉积到载体上，即常温下，将使用上述方法制备的载体浸渍于金盐水溶液中，搅拌下用沉淀剂调pH值至7.5-8.5，用沉淀剂使金沉积到载体上，沉淀剂选自NaOH、Na2CO3、NH3·H2O、(NH4)2CO3、KOH、K2CO3中的一种；搅拌、静置后过滤，室温至100℃干燥。在催化剂的制备过程中，所用氧化铝颗粒直径为3-5mm。在催化剂的制备过程中，所用的过渡金属盐选自Fe(NO3)3、Mn(NO3)3、Co(NO3)3。在催化剂的制备过程中，所用的金盐选自HAuCl4·4H2O、HAuBr4·4H2O、AuCl3。在实验室中，氧化铝颗粒浸渍过渡金属是这样制备的取10ml硝酸盐溶液置于烧杯中，取20g干燥的氧化铝颗粒倒入烧杯中，迅速摇晃使吸收均匀，待盐溶液被吸收干净后，取出氧化铝颗粒，100℃干燥1h，400℃焙烧5h，冷却后取出备用。在实验室中，载体浸渍金组分是这样制备的5×10-3mol·L-1金盐溶液20ml置于50ml锥形瓶中，取上面焙烧过的载体10g倒入其中，微弱搅拌下缓慢滴加沉淀剂，使金沉淀沉积在载体表面，最终PH约为8。催化剂可以氧化废气中的一氧化碳。一种一氧化碳氧化催化剂的应用，其特征在于催化剂载体为氧化铝颗粒担载的过渡金属氧化物，过渡金属选自Fe、Co、Mn中的一种，活性组分为金，催化剂在常压下、气体空速为5.0×103～3.0×104h-1ml/g.催化剂时，-20～50℃消除废气中0.01～5vol％的一氧化碳。催化剂可以选择氧化有氧条件下一氧化碳和氢气混合气中的一氧化碳。一氧化碳选择氧化催化剂的应用，其特征在于催化剂载体为氧化铝颗粒担载的过渡金属氧化物，过渡金属选自Fe、Co、Mn中的一种，催化剂在常压下、气体空速为5.0×103～3.0×104h-1ml/g-催化剂时，0～50℃选择消除有氧条件下一氧化碳与氢气混合气中的一氧化碳，一氧化碳占总体积的0.01～5％，氢气占总体积的1～98％，氧气占总体积的1～5％。本专利技术的催化剂寿命较长，空速2.0×104h-1ml/g-cat时，可以在1vol％的CO气体中连续反应300小时，CO透过浓度不超过80ppm；同样空速条件下，在lvol％CO+lvol％H2混合气体中可以连续反应200小时，CO透过浓度不超过80ppm。与已有一氧化碳气体消除催化剂相比，本专利技术具有的实质性的特点是1.催化剂活性专一，只对一氧化碳有较高的活性，选择性好，能够在室温条件下选择消除含氢及富氢环境中的一氧化碳；2.水蒸气的存在不会降低催化剂的催化活性；3.催化剂中活性组分的含量较低(0.01％～2％)，大大降低催化剂成本；4.催化剂活性组分金全部分散在载体表面，利用率高且便于回收。5.催化剂载体为氧化铝颗粒担载的过渡金属氧化物，可以直接投入使用，无需成型工艺。6.催化剂寿命较长。具体实施例方式实施例1将10g干燥后的氧化铝颗粒浸渍于5ml 1mol L-1的硝酸铁溶液中，待硝酸铁被吸收后，将氧化铝颗粒滤出，室温干燥24h，400℃焙烧5h，冷却后称取上述氧化铝颗粒5g，置于100ml锥形瓶中，加入30ml5×10-3mol L-1HAuCl4水溶液，搅拌下用0.1mol L-1NaCO3溶液调节PH为8，继续搅拌1h，静置2h，过滤，洗涤，室温干燥12h得催化剂Catl。实施例2将5g干燥后的氧化铝颗粒浸渍于3ml 1mol L-1的硝酸钴溶液中，待硝酸钴被吸收后，将氧化铝颗粒滤出，100℃干燥6h，400℃焙烧5h，冷却后置于100ml锥形瓶中，加入1×10-3 mol L-1HAuBr420ml，搅拌下用0.1mol L-1NaOH溶液调节PH为8，继续搅拌1h，静置2h，过滤，稍洗涤，80℃干燥5h得催化剂Cat2。实施例3将10g干燥后的氧化铝颗粒浸渍到6ml 50％的硝酸锰溶液中，硝酸猛被吸干后，将氧化铝取出，蒸馏水稍微洗涤后80℃干燥6h，300℃焙烧5h，冷却后称取5g置于100ml锥形瓶中，加入5×10-3mol L-1AuCl3水溶液25ml，搅拌下用0.1mol L-1K2CO3调节PH值为8，继续搅拌1h，静置2h，过滤，蒸馏水洗涤，80℃干燥5h得催化剂Cat3。实施例4在原料气组成为CO1.0％；O25.0％；N2平衡(体积百分比)，气体空速为2.0×104h-1ml/g-cat的情况下，使用catl在-10℃达到尾气中残余CO量＜10ppm。实施例5在原料气组成为CO1.0％；O25.0％；N2平衡(体积百分比)，气体空速为2.0×104h-1ml/g-cat的情况下，使用cat2在-15℃达到尾气中残余CO量＜10ppm。实施例6在原料气组成为CO1.0％；O25.0％；N2平衡(体积百分比)，气体空速为2.0×104h-1ml/g-cat的情况下，使用cat3在0℃达到尾气中残余CO量＜10ppm。实施例7在原料气组成为CO1.0％；H249.0％；O21.0％；N2平衡(体积百分比)，气体空速为1.0×104h-1ml/g-cat的情况下，使用catl在20℃达到尾气中残余CO量＜10ppm，同时H2不被消除。实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一氧化碳氧化与选择氧化催化剂，其特征在于催化剂载体为氧化铝颗粒担载的过渡金属氧化物，过渡金属选自Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ中的一种，活性组分为金；其中金质量百分含量为载体的０．０１％－２％，过渡金属氧化物质量百分含量为载体的１％－１５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓友全，乔波涛，李作鹏，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：62[中国|甘肃]