本发明专利技术提供了一种煤矿乏风低浓度甲烷燃烧整体催化剂及其制备方法。催化剂由具有涂层的蜂窝陶瓷载体和担载其上的贵金属活性组分Pd组成，其中蜂窝陶瓷涂层按重量百分比为：活性Al2O3占20~80%，六铝酸盐ABAl11O19占20~80%，活性Pd组分由为H2PdCl4的水溶液浸渍担载于蜂窝陶瓷载体涂层表面，担载量为催化剂重量的0.3~1%。将本发明专利技术催化剂装入自制实验室催化逆流反应器内，以含1%甲烷模拟VAM气体的催化燃烧反应进行考察，在1000小时运转期内，甲烷转化率达99%以上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种低温催化燃烧催化剂及其制备方法，特别涉及。
技术介绍
煤矿乏风瓦斯(VAM)是指煤矿为保证安全生产，由通风系统直接排放至大气的矿井瓦斯，其中甲烷浓度通常在1%以下，是排放至大气中温室气体的重要来源。在全球变暖日益加剧，温室气体减排压力越来越大的形势下，开发直接利用煤矿乏风瓦斯的工业技术具有重要意义。VAM中甲烷浓度低，而甲烷是最稳定的烃类，以传统燃烧方式时，绝热燃烧温度大约为1900°C，在这一温度下，会产生大量N0X，形成光化学烟雾，给环境和人类健康造成极大危害。上世纪70年代pfefferle最早提出了催化燃烧，以降低起燃温度、减少CO和N0X， 稳定燃烧为特点，引起了人们的广泛重视(W. C. Pferrerle, US3928961, 1975) Catalysis in combustion, Catal. Rev. -Sci. Eng, 1987,29: 219 267)。逆流反应器(FRR)首次由 Frank Kamenetski提出，其原理是通过控制阀周期性改变流向，在绝热条件下，使达到起燃温度的甲烷的燃烧热供应反应床，维持床层温度在甲烷起燃温度，实现甲烷的稳定燃烧。本专利技术的催化燃烧催化剂主要适用于实验室自制的催化逆流反应器(CFRR)。对于低浓度甲烷催化燃烧催化剂主要分为三类贵金属型、钙钛矿型、六铝酸盐型。比较而言贵金属催化剂(钯和钼)具有更高的催化活性和低起燃温度以及抗中毒能力，但热稳定性较低，高温容易烧结。而后两者热稳定性高，但活性较低，起燃温度高。实用的催化燃烧催化剂多为整体催化剂，即以蜂窝陶瓷或耐热合金为基体，在其上涂覆涂层为载体，再担载活性组分。中国专利CN1013M5B公开了一种净化废气的催化剂及其生产方法，该专利技术采用担载了贵金属的氧化锆和其他氧化物混合后制成含水稀浆洗涂蜂窝陶瓷基体，然后经干燥和焙烧来制备整体催化剂的方法，这种方法的局限在于高活性的贵金属组分难以避免被其他氧化物覆盖而不能均勻担载于载体表面，影响了贵金属组分的催化性能。中国专利CN0113374.X公开了一种处理有机工业废气的催化燃烧整体催化剂及其制备方法，以蜂窝陶瓷为基体，涂覆由A1203、TiO2, CeO2, ZrO2混合氧化物涂层，经干燥焙烧后再通过浸渍法使贵金属Pt活性组分担载在载体上，这种方法一定程度上能使贵金属在涂层上分散均勻，但由于高温下PtO微晶和Al2O3的作用力较弱，容易聚集形成大的晶粒而使活性降低。中国专利CN200410091176. 9公开了一种用于甲烷催化燃烧的金属载体催化剂及其制备方法，以i^eCrAl合金为载体，涂覆Al2O3过渡层，再担载金属氧化物固溶体。但该专利技术首先需对i^eCrAl合金经无水乙醇、稀盐酸、稀碱清洗、干燥、在800°C 以上焙烧10-20小时，再以Al2O3胶体溶液反复浸泡、干燥、焙烧重复处理5、次，最后担载活性金属氧化物组分。制备过程较为繁琐，同时制备的催化剂用于处理浓度为m的甲烷气体，没有涉及甲烷浓度低于1%的VAM的催化燃烧。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种窝陶瓷整体催化剂及制备方法，适用于实验室自制催化逆流反应器(CFRR)中煤矿乏风瓦斯(VAM)的催化燃烧，并且其担载的贵金属催化剂具有高活性、高稳定性及高温不易烧结特性。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是，一种煤矿乏风低浓度甲烷燃烧整体催化剂，由具有涂层的蜂窝陶瓷载体和担载其上的贵金属活性组分Pd组成，蜂窝陶瓷载体的涂层组成按重量百分比为活性Al2O3占20% 80% ；六铝酸盐ABAl11O19占20% 80%，元素A为 Mg，Sr，La，Ce之中的一种或几种元素，元素B为狗，Co，Mn，之中的一种或几种元素。上述的煤矿乏风低浓度甲烷燃烧整体催化剂，所述的蜂窝陶瓷载体以堇青石为原料制成。上述的煤矿乏风低浓度甲烷燃烧整体催化剂，所述的涂层所用的活性Al2O3为 Y -Al2O3。上述的煤矿乏风低浓度甲烷燃烧整体催化剂，所述贵金属活性组分Pd，其担载量为催化剂重量的0. 3 1%。制备上述的煤矿乏风低浓度甲烷燃烧整体催化剂的方法，包括以下步骤(1)按化学摩尔量比称取含元素A的硝酸盐，含元素B的硝酸盐和活性Al2O3，摩尔比 A:B:Al=I :1:11,硝酸盐加水溶解成溶液；将活性Al2O3加蒸馏水、IM硝酸处理成Al2O3胶体溶液；制得的两种溶液在室温混合，空气中干燥，再焙烧；(2)按涂层重量组成含量为活性Al2O320% 80%，六铝酸盐ABAl11O19 20 80%称取原料， 加蒸馏水球磨混合均勻，调成稀浆，加入的蒸馏水与固体总重量之比为1(Γ50:1，将蜂窝陶瓷体在稀浆中浸渍，然后用压缩空气吹净蜂窝体孔中的残留浆液，空气中干燥，然后在空气中焙烧；(3)将PdCl2用36.5%浓盐酸加热溶解再稀释成&PdCl4溶液，浸渍具有涂层的蜂窝陶瓷载体，然后在空气中干燥，焙烧制得催化剂。上述的煤矿乏风低浓度甲烷燃烧整体催化剂的制备方法，步骤(1)中Al2O3胶体溶液和硝酸盐溶液的混合时间为0. 5^7小时，空气中干燥时，干燥温度在110°C 120°C，干燥时间为3 15小时，焙烧温度为1200°C，焙烧时间为2、小时。上述的煤矿乏风低浓度甲烷燃烧整体催化剂的制备方法，步骤(2)中球磨时间为3飞小时，蜂窝陶瓷体在稀浆中浸渍时间为4(Γ120分钟；空气中干燥时空气温度为 10(Tl20°C，时间为3 20小时；焙烧温度为在45(T650°C，时间为2 7小时。上述的煤矿乏风低浓度甲烷燃烧整体催化剂的制备方法，步骤(3)中所述的浸渍时间为2(Γ180分钟，空气中干燥时空气温度为10(T125°C，时间为3 25小时；焙烧温度为 40(Γ600 ，时间为3 7小时。上述的煤矿乏风低浓度甲烷燃烧整体催化剂的制备方法，步骤(3)中所述的 H2PdCl4 溶液含 Pd 0. 00 Ig 0. 05g/mL。相比较现有技术，本专利技术的有益效果是本专利技术所制备的蜂窝陶瓷基整体催化剂， 贵金属Pd由浸渍法担载于涂层表面，由于和不同元素掺杂的六铝酸盐的相互作用，避免了高温时的烧结和微晶长大，稳定性好；六铝酸盐晶相中稀土和过渡金属元素的掺杂，提高了储氧性能，进一步改善了催化剂活性。贵金属组分在涂层表面更加均勻的分布，减少了贵金属用量，充分发挥了贵金属的有效作用。用本专利技术的催化剂进行模拟VAM气体的催化燃烧实验，实验在常压实验室CFRR床式反应器内进行，模拟VAM气体的甲烷浓度为1%，其余为空气。气体空速为 ΟΟ Τ ΜΟΟΙΓ1， 反应温度为35(T650°C，在反应温度下稳定30min后，用气相色谱仪在线分析反应物及产物，在1000小时运转期内，甲烷转化率可达99%以上。下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。具体实施方式实施例1称取23. 2g y -Al2O3粉末，加去离子水300mL，在300rpm搅拌速度下，加入50mLlMHN03 溶液，在85°C下保持4h，再在搅拌下自然冷至室温得到Al2O3胶体溶液，10. 75gLa(NO3)3. nH20, 3. 5gCe (NO3) 3. 6H20, 14. 47gFe (NO3) 3. 9H20 混合，加水 IO本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈丽娟，冯涛，王鹏飞，郝小礼，李石林，马平原，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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