双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂及其制备和应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂及其制备和应用。四氧化三钴用少量去离子水润湿，将1-10mol/L的双氧水溶液逐滴加入到四氧化三钴中，20-80℃反应1-3小时，去离子水洗涤，60-100℃干燥，即可得到一种双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂。双氧水表面处理可以提高四氧化三钴的丙烷完全氧化催化性能，并且以1mol/L的H2O2表面处理效果最佳。该方法经济廉价，方法简单，具有很好的应用前景。所得四氧化三钴催化剂，可应用于C3H8、C3H6、CH4等各种烃类的完全催化氧化反应，具有较好的反应活性。
【专利说明】双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂及其制备和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及纳米催化剂【技术领域】，尤其是涉及一种双氧水表面处理的四氧化三钴 催化剂及其制备和应用。
【背景技术】
[0002] 纳米材料相对于块体材料，拥有更多的表面配位不饱和原子，更容易吸附、降解污 染物分子，具有很好的催化性能。因此，配位不饱和的极限--单原子催化剂成为催化领域 一个新的研究热点。但是单原子催化剂，具有极大的表面自由能，热力学很不稳定，反应过 程中极易团聚，改变单原子状态，从而造成催化剂的失活，极大的限制了其规模化应用。
[0003] 本质上讲，配位情况直接影响活性组分原子核周围的电子分布，因此，对纳米催化 剂进行表面电子修饰，提高纳米催化剂的催化活性，相比于单原子催化剂具有更好的应用 价值。
[0004] 四氧化三钴（Co3O4)是过渡金属中活性最好的催化剂，其碳氢化合物完全催化氧化 活性仅次于钯、钼，同时成本相对低廉。如果能够通过表面修饰作用，进一步提高Co 3O4的活 性，将会拥有更广阔的工业应用前景。
[0005] 研究表明表面富含Co3+的Co3O4催化剂的活性更高，本发明利用双氧水（H 2O2)对 Co3O4纳米粒子进行表面修饰，得到了一种更为高效的Co3O 4催化剂。
【发明内容】
[0006] 为克服现有技术的不足，本发明提供一种双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂及 其制备和应用 一种双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂的制备方法，其特征在于，称取四氧化三钴 用去离子水润湿，将双氧水溶液逐滴加入到四氧化三钴中，每克四氧化三钴中加入50毫升 双氧水溶液，20_80°C反应1-3小时，去离子水洗涤，60-100°C干燥，即得到双氧水表面处理 的四氧化三钴催化剂。
[0007] 所述双氧水溶液的浓度为lmol/L-10mol/L。
[0008] -种双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂，其特征在于，根据上述任一所述方法 制备得到。
[0009] -种双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂应用于丙烷、丙烯、甲烷烃类的完全催 化氧化反应。
[0010] 本发明的修饰剂为H2O2，浓度为Ι-lOmol/L ;所用Co3O4由化学沉淀法制备，沉淀剂 为 Na2CO315
[0011] 其中，Co3O4的制备方法为化学沉淀法，具体为，称取2. 12g的Na2CO3溶解于20mL去 离子水中，配制lmol/L Na2CO3溶液；称取5. 82g的Co(NO3)2 · 6H20溶于20mL去离子水中， 配制lmol/L钴溶液；将钴溶液逐滴滴入碱溶液中，50°C水浴中反应lh，去离子水洗涤至中 性，100°C 干燥，300°C 焙烧 3h，得 C〇304。
[0012] 本发明具有经济廉价，方法简单，催化剂反应活性高等优点。H2O2表面处理可以提 高Co 3O4的丙烷完全氧化催化性能，并且用lmol/L的H2O2表面处理效果最佳。
【具体实施方式】
[0013] 实施例1 : 称取Ig Co3O4用少量去离子水润湿；搅拌条件下逐滴滴入50mL lmol/L的H2O2溶液， 50°C反应2h，去离子水洗涤，60°C干燥，得Co3O4-H2O 2-IM15
[0014] 实施例2 : 称取Ig Co3O4用少量去离子水润湿；搅拌条件下逐滴滴入50mL 2mol/L的H2O2溶液， 50°C反应2h，去离子水洗涤，60°C干燥，得C〇304-H20 2-2M。
[0015] 实施例3: 称取Ig Co3O4用少量去离子水润湿；搅拌条件下逐滴滴入50mL 3mol/L的H2O2溶液， 50°C反应2h，去离子水洗涤，60°C干燥，得C〇304-H20 2-3M。
[0016] 实施例4: 称取Ig Co3O4用少量去离子水润湿；搅拌条件下逐滴滴入50mL 4mol/L的H2O2溶液， 50°C反应2h，去离子水洗涤，60°C干燥，得C〇304-H20 2-4M。
[0017] 实施例5: 称取Ig Co3O4用少量去离子水润湿；搅拌条件下逐滴滴入50mL 6mol/L的H2O2溶液， 50°C反应2h，去离子水洗涤，60°C干燥，得C〇304-H20 2-6M。
[0018] 实施例6: 称取Ig Co3O4用少量去离子水润湿；搅拌条件下逐滴滴入50mL lOmol/L的H2O2溶液， 50°C反应2h，去离子水洗涤，60°C干燥，得Co3O4-H2O 2-IOM15
[0019] 对比例1 Co3O4催化剂，化学沉淀法制备，沉淀剂为Na2CO315
[0020] 应用例1 : 催化剂催化性能评价是在内径8_，长250_的石英管反应器中进行。原料气空速为 IOOOOOmLg^at h_S丙烷浓度20ppm，平衡气为空气。催化性能测试结果见表1。
[0021] 表I Co3O4-H2O2和Co3O 4的丙烷完全催化氧化活性
【权利要求】
1. 一种双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂的制备方法，其特征在于，称取四氧化三 钴用去离子水润湿，将双氧水溶液逐滴加入到四氧化三钴中，每克四氧化三钴中加入50毫 升双氧水溶液，20_80°C反应1-3小时，去离子水洗涤，60-KKTC干燥，即得到双氧水表面处 理的四氧化三钴催化剂。
2. 按照权利要求1所述双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂的制备方法，其特征在 于，所述双氧水溶液的浓度为lm〇l/L-10m〇l/L。
3. -种双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂，其特征在于，根据上述任一权利要求所 述方法制备得到。
4. 根据权利要求书1所述的双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂应用于丙烷、丙烯、 甲烷烃类的完全催化氧化反应。
【文档编号】B01J23/75GK104338533SQ201410454417
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】何丹农, 赵昆峰, 高振源, 董亚梅 申请人:上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司