一种一氧化碳氧化用催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种一氧化碳氧化用催化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]⑶常温催化氧化过程涉及消除环境污染、空气净化、CO2激光器中气体纯化、CO传感器、防毒面具以及密闭系统内CO的消除等方面。但是在低温，尤其是有水蒸气存在的条件下，许多催化剂均存在活性低、抗水性能差等缺点，使其使用受到限制。因此，低温条件下具有高活性和稳定性的CO氧化催化剂成为研究的热点。
[0003]目前CO低温催化氧化研究领域的前沿主要集中在以下几个方面:优化催化剂的制备方法，提高已有催化剂的性能，深入研究催化剂的作用机理和设计可工业应用的催化剂。在优化催化剂的制备方法研究中，有很多研究专注于不断寻找新的载体或改变原有的载体以提高催化活性。非均相反应大多在较苛刻的条件下进行，常发生载体与活性相的烧结现象，缩短了催化剂的使用寿命。因此催化剂载体必需具有机械强度高、稳定性好、热传导好和在反应条件下不发生烧结等特点，寻找一种性质优良的新型催化剂载体具有十分重要的意义。常见的催化剂载体主要有氧化铝、硅胶、活性炭、蜂窝陶瓷、金属合金和沸石等。但是，采用不同nCe/nAl比的Ce02/Al203复合氧化物为载体制备Pd基一氧化碳氧化催化剂并应用于一氧化碳氧化反应目前还未见相关专利和文献报道。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种一氧化碳氧化用催化剂。该催化剂采用CeO2和Al2O3的复合氧化物作为载体，具有较大的比表面积，有利于提高Pd金属在载体上的分散度，载体本身有较多氧空穴位有利于提高催化剂的一氧化碳氧化活性，另外，利用Ce与Pd的协同作用，有利于进一步提高催化剂的一氧化碳氧化活性。催化剂具有较高的催化活性和稳定性，在气体空速为10000h—1?30000h—1，CO含量为500ppm?2000ppm的反应条件下，可将⑶有效地催化氧化，活性持续时间不低于300min，并且可简单再生重复使用。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种一氧化碳氧化用催化剂，其特征在于，包括载体和负载于载体上的活性组分，所述载体为CeO2和Al2O3的复合氧化物，CeO2和Al2O3的复合氧化物中Ce和Al的摩尔比不大于3;所述活性组分为Pd和La，Pd的质量为催化剂质量的0.1 %?2.5 %，La的质量为催化剂质量的0.3 %?5.6 %。
[0006]上述的一种一氧化碳氧化用催化剂，其特征在于，所述CeO2和Al2O3的复合氧化物中Ce和Al的摩尔比0.05?I，Pd的质量为催化剂质量的I %?2.5%，La的质量为催化剂质量的 0.5% ?
[0007]上述的一种一氧化碳氧化用催化剂，其特征在于，所述CeO2和Al2O3的复合氧化物中Ce和Al的摩尔比0.2，Pd的质量为催化剂质量的2 %，La的质量为催化剂质量的I %。
[0008]另外，本发明还提供了一种制备上述一氧化碳氧化用催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0009]步骤一、将Al(NO3)3和Ce(NO3)3溶解于去离子水中，得到Al(NO3)3和Ce(NO3)3的混合溶液，将所述混合溶液置于沉淀反应釜中，水浴加热至700C?900C，然后在搅拌条件下向混合溶液中滴加氨水至混合溶液的pH值为8.0?9.0，静置老化Ih?3h后过滤，得到滤饼；
[0010]步骤二、将步骤一中所述滤饼用去离子水洗涤后抽干，然后在100°C?120°C下干燥1h?24h，再将干燥后的滤饼在400°C?500°C下焙烧2h?3h，得到CeO2和Al2O3的复合氧化物；
[0011 ] 步骤三、将H2PdCl6溶液和硝酸镧水溶液混合均匀，得到浸渍液；
[0012]步骤四、将步骤二中所述CeO2和Al2O3的复合氧化物置于步骤三中所述浸渍液中浸渍2h?24h后过滤，将过滤得到的固体在100 °C?120 °C下干燥1h?24h，然后将干燥后的固体在400°C?500°C下焙烧2h?3h，得到催化剂前驱体；
[0013]步骤五、用氢气对步骤四中所述催化剂前驱体进行还原，得到一氧化碳氧化用催化剂。
[0014]上述的方法，其特征在于，步骤三中所述!12?(1(:16溶液中Pd的浓度为0.01g/mL?
0.lg/mL，硝酸镧水溶液的浓度为0.1M?1.5M。
[0015]上述的方法，其特征在于，步骤五中所述氢气的流量为100mL/min?200mL/min，还原的温度为2000C?3000C，还原的时间为Ih?2h。
[0016]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0017]1、本发明采用CeO2和Al2O3的复合氧化物作为载体，具有较大的比表面积，有利于提高Pd金属在载体上的分散度，另外，载体本身有较多氧空穴位有利于提高催化剂的一氧化碳氧化活性。
[0018]2、本发明采用CeO2和Al2O3的复合氧化物作为载体，利用Ce与Pd的协同作用，有利于进一步提高催化剂的一氧化碳氧化活性。
[0019]3、本发明的催化剂制备过程简单，贵金属负载量低，催化剂活性高，完全转化温度低，具有明显的应用价值。
[0020]4、本发明的催化剂具有较高的催化活性和稳定性，在气体空速为lOOOOh—1?30000h—1，C0含量为500ppm?2000ppm的反应条件下，可将CO有效地催化氧化，活性持续时间不低于300min，并且可简单再生重复使用。
[0021]下面通过实施例对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【具体实施方式】
[0022]实施例1
[0023]本实施例的催化剂包括载体和负载于载体上的活性组分，所述载体为CeO2和Al2O3的复合氧化物，CeO2和Al2O3的复合氧化物中Ce和Al的摩尔比为0.2;所述活性组分为Pd和La，Pd的质量为催化剂质量的2%，La的质量为催化剂质量的1%。
[0024]本实施例的催化剂的制备方法包括以下步骤:
[0025]步骤一、将Al (NO3)3和Ce(NO3)3按照1:0.2的摩尔比溶解于去离子水中，得到Al(NO3)3和Ce(NO3)3的混合溶液，将所述混合溶液置于沉淀反应釜中，水浴加热至80°C，然后在搅拌条件下向混合溶液中滴加氨水至混合溶液的pH值为8.5，静置老化2h后过滤，得到滤饼；
[0026]步骤二、将步骤一中所述滤饼用去离子水洗涤后抽干，然后在110°C下干燥15h，再将干燥后的滤饼在450 °C下焙烧2.5h，得到CeO2和Al2O3的复合氧化物；
[0027]步骤三、将20mL H2PdCl6溶液和72mL硝酸镧水溶液混合均匀，得到浸渍液；所述H2PdCl6溶液中Pd的浓度为0.lg/mL，硝酸镧水溶液的浓度为0.1M;
[0028]步骤四、将97g步骤二中所述CeO2和Al2O3的复合氧化物置于步骤三中所述浸渍液中浸渍20h后过滤，将过滤得到的固体在110 °C下干燥18h，然后将干燥后的固体在450 °C下焙烧2.5h，得到催化剂前驱体；
[0029]步骤五、用氢气对步骤四中所述催化剂前驱体进行还原，得到一氧化碳氧化用催化剂;所述氢气的流量为150mL/min，还原的温度为250 °C，还原的时间为2h。
[0030]将本实施例制备的催化剂应用于CO催化氧化反应中，具体方法为:准确称取Ig催化剂，将称取的催化剂置于石英直形反应管恒温段中，将反应管装于反应加热炉内，向反应管中通入CO和空气的混合气(混合气中CO的体积含量为500ppm?2000ppm)进行反应，气体空速为lOOOOh—1?30000h—I产物分析采用装有甲烷转化炉的气相色谱自动进样分析，记录在不同温度下CO的浓度，以CO的最低完全转化温度评价催化剂的活性，最低完全转化温度下持续转化的时间考察催化剂稳定性。结果显示，本实施例制备的催化剂具有优异的催化性能，在上述的评价条件下，在转化温度为100°C的条件下，CO即可完全转化，并且可连续使用600min。催化剂失活后重复步骤五的还原操作对催化