一种负载型三元金属氧化物催化剂制备方法

文档序号:10672183阅读:682来源:国知局
一种负载型三元金属氧化物催化剂制备方法
【专利摘要】本发明公开一种负载型三元金属氧化物催化剂制备方法。依次包括如下步骤:将NiCl2和AlCl3溶液混合,在恒温水浴中滴入NaOH,形成具有层状结构的沉淀物;将沉淀物加入到十二烷基磺酸钠溶液中,得到十二烷基磺酸钠改性的沉淀物;将(3?氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和硝酸镧按1:1:1(摩尔比)的量加入水中形成溶液,加入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物,反应生成的含镧有机配合物在分配作用下,插入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物层间,形成含镧有机配合物柱撑的沉淀物;将产物置于马弗炉中烧6~8h,得到一种镍铝镧三元金属氧化物催化剂。该材料中的各种催化剂相互复合均匀分布于三维孔道的孔壁上,对反应物有较好的吸附和催化效果。
【专利说明】
一种负载型三元金属氧化物催化剂制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种负载型三元金属氧化物催化剂制备方法,属于催化材料制备领域。
【背景技术】
[0002]目前国外广泛开发应用于汽车尾气净化的催化剂基本上是由铂、铑等贵金属组成的。该催化剂虽具有活性高、净化效果好、寿命长等优点,但是造价也较高,尤其是铂、铑等受到资源限制。为了缓解铂特别是铑的供应与需求之间的矛盾,广泛使用价格相对便宜的钯,开发了铂、铑、钯组成的催化剂以及钯催化剂。
[0003]人们发现用稀土代替部分贵重金属制成的催化剂成本低,而且能获得满意的净化效果。稀土汽车尾气净化催化剂所用的稀土主要是以氧化铈、氧化镨和氧化镧的混合物为主,其中氧化铈是关键成份。由于氧化镧的氧化还原特性,有效地控制排放尾气的组分,能在还原气氛中供氧,或在氧化气氛中耗氧。氧化镧还在贵金属气氛中起稳定作用,以保持催化剂较高的催化活性。所以开发稀土少贵金属的汽车尾气净化剂,是取稀土之长补贵金属贵属之短,生产出具有实用性的汽车尾气净化剂。其特点是价格低、热稳定性好、活性较高、使用寿命长,因此在汽车尾气净化领域备受青睐。
[0004]稀土元素外层电子结构相似,稀土元素间的催化性能差别比较小,总的催化活性比不上外层电子结构的过渡元素及贵金属元素。在现行的实用工业催化剂中,稀土一般只用作助催化剂或催化剂中的一种活性组分,很少作为主体催化剂。我国的机动车排放污染严重,然而我国贵金属贫乏而稀土资源丰富,因此稀土应用于机动车尾气处理在我国得到广泛的应用。但要提高稀土的催化作用,避免使用贵金属,仍然需要深入研究。
[0005]水滑石化学结构通式为:[M2YxM3+x(OH)2]x+[(An—)x/n.1*0],其中炉+为1%2+,附2+,Mn2+,Zn2+,Ca2+,Fe2+,Cu2+等二价金属阳离子;M3+为 Al3+,Cr3+,Fe3+,Co3+等三价金属阳离子;An 一为阴离子,如C032-,N03—,Cl—,OH—,SO42—,PO,,C6H4 (COO) 22—等无机和有机离子以及络合离子,当层间无机阴离子不同,水滑石的层间距不同。因其具有层间阴离子可交换性、结构坍塌记忆效应、主层板可自组装性等特点,已广泛用于高分子复合材料、催化材料、环境治理等领域。

【发明内容】

[0006]本发明的目的是为克服现有催化剂活性低等不足,提供一种负载型三元金属氧化物催化剂制备方法。
[0007]本发明采用的技术方案是依次包括如下步骤:
[0008]I)将NiCl2和AlCl3分别溶解到水中,配置为浓度为I?2mol/L的溶液,将两种溶液混合,保持Ni和Al的摩尔比为2?4,在恒温70?80 °C水浴中滴入一定量的NaOH,保持pH值为12?13,反应2?3h,老化12?24h,在该过程中形成具有层状结构的沉淀物,沉淀分离,去离子水洗2?3遍,烘干;
[0009]2)按照每克沉淀物对应0.5?0.8mmol十二烷基磺酸钠的量,将过20-50目筛的沉淀物加入到质量百分比浓度为0.1 %?I %的十二烷基磺酸钠溶液中,在60?70 0C恒温水浴中搅拌5?6h,老化12?24h,离心分离,去掉上清液,得到十二烷基磺酸钠改性的沉淀物;
[0010]3)将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和硝酸镧按1:1:1(摩尔比)的量各2?4mol加入到20?40mL水中形成溶液,在20?35°C下反应6?8h,加入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物,搅拌2?4h、沉淀分离,反应生成的含镧有机配合物在分配作用下,插入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物层间,形成含镧有机配合物柱撑的沉淀物;
[0011]4)将含镧有机配合物柱撑的沉淀物置于马弗炉中,400?550°C下焙烧6?8h,其中的碳氮等元素转化为气体溢出,形成孔道,得到一种负载型三元金属氧化物催化剂。
[0012]本发明的优点是:
[0013](I)将镧离子和有机物形成有机配合物,再利用十二烷基磺酸钠改性的沉淀物的吸附效应,将镧元素均匀分布于水滑石层间。
[0014](2)将含硅有机物和镧配合,插入层状材料层间,再经过高温煅烧,去除碳元素,留下硅等元素,形成多孔材料。
[0015](3)利用层状结构,在沉淀物层间插入硅元素,经过煅烧之后,硅元素形成氧化硅和负载的氧化镧一起形成柱撑,使整个结构为三维立体孔道结构。
【具体实施方式】
[0016]以下进一步提供本发明的3个实施例:
[0017]实施例1
[0018]将NiCl2和AlCl3分别溶解到水中,配置为浓度为2mol/L的溶液,将两种溶液混合,保持Ni和Al的摩尔比为4,在恒温80 0C水浴中滴入一定量的NaOH,保持pH值为13,反应3h,老化24h,在该过程中形成具有层状结构的沉淀物,沉淀分离,去离子水洗3遍,烘干;按照每克沉淀物对应0.8mmol十二烷基磺酸钠的量,将过50目筛的沉淀物加入到质量百分比浓度为
I%的十二烷基磺酸钠溶液中,在70 0C恒温水浴中搅拌6h,老化24h,离心分离,去掉上清液,得到十二烷基磺酸钠改性的沉淀物;将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和硝酸镧按1:1:1 (摩尔比)的量各4mol加入到40mL水中形成溶液,在35°C下反应8h,加入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物,搅拌4h、沉淀分离,反应生成的含镧有机配合物在分配作用下,插入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物层间,形成含镧有机配合物柱撑的沉淀物;将含镧有机配合物柱撑的沉淀物置于马弗炉中,550°C下焙烧Sh,其中的碳氮等元素转化为气体溢出,形成孔道,得到一种负载型三元金属氧化物催化剂。
[0019]采用U形管(内径4mm)连续流动反应评价装置,称量10mg合成得到的镍招镧三元金属氧化物催化剂放置管中,调节空气的流速为25mL/min,空气流动带动甲醛、CO和NO气体进入U形管反应器中,每小时流过每升催化剂的气体体积(即空速)为eoooh—1。在400°C条件下,该催化剂降解浓度分别为甲醛:40ppm ; CO: 25ppm ; NO: 20ppm的气体,降解率分别为甲醛:92.5% ;C0:97.3% ;N0:97.2%o
[0020]实施例2
[0021 ] 将NiCl2和AlCl3分别溶解到水中,配置为浓度为lmol/L的溶液,将两种溶液混合,保持Ni和Al的摩尔比为2,在恒温70 0C水浴中滴入一定量的NaOH,保持pH值为12,反应2h,老化12h,在该过程中形成具有层状结构的沉淀物,沉淀分离,去离子水洗2遍,烘干;按照每克沉淀物对应0.5mmol十二烷基磺酸钠的量,将过20目筛的沉淀物加入到质量百分比浓度为
0.1%的十二烷基磺酸钠溶液中,在600C恒温水浴中搅拌5h,老化12h,离心分离,去掉上清液,得到十二烷基磺酸钠改性的沉淀物;将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和硝酸镧按1:1:1 (摩尔比)的量各2mol加入到20mL水中形成溶液,在20°C下反应6h,加入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物,搅拌2h、沉淀分离,反应生成的含镧有机配合物在分配作用下,插入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物层间,形成含镧有机配合物柱撑的沉淀物;将含镧有机配合物柱撑的沉淀物置于马弗炉中,400°C下焙烧6h,其中的碳氮等元素转化为气体溢出,形成孔道,得到一种负载型三元金属氧化物催化剂。
?0022] 采用U形管(内径4mm)连续流动反应评价装置,称量10mg合成得到的镍招镧三元金属氧化物催化剂放置管中,调节空气的流速为25mL/min,空气流动带动甲醛、CO和NO气体进入U形管反应器中,每小时流过每升催化剂的气体体积(即空速)为eoooh—1。在400°C条件下,该催化剂降解浓度分别为甲醛:40ppm ; CO: 25ppm ; NO: 20ppm的气体,降解率分别为甲醛:95.3% ;C0:93.8% ;N0:96.5%o
[0023]实施例3
[0024]将NiCl2和AlCl3分别溶解到水中,配置为浓度为2mol/L的溶液,将两种溶液混合,保持Ni和Al的摩尔比为3,在恒温80 0C水浴中滴入一定量的NaOH,保持pH值为13,反应2h,老化18h,在该过程中形成具有层状结构的沉淀物,沉淀分离,去离子水洗3遍,烘干;按照每克沉淀物对应0.8mmol十二烷基磺酸钠的量,将过50目筛的沉淀物加入到质量百分比浓度为
0.5%的十二烷基磺酸钠溶液中,在70°C恒温水浴中搅拌6h,老化24h,离心分离,去掉上清液,得到十二烷基磺酸钠改性的沉淀物;将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和硝酸镧按
1: 1:1(摩尔比)的量各3mol加入到40mL水中形成溶液,在35°C下反应8h,加入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物,搅拌3h、沉淀分离,反应生成的含镧有机配合物在分配作用下,插入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物层间,形成含镧有机配合物柱撑的沉淀物;将含镧有机配合物柱撑的沉淀物置于马弗炉中,500°C下焙烧8h,其中的碳氮等元素转化为气体溢出,形成孔道,得到一种负载型三元金属氧化物催化剂。
[0025]采用U形管(内径4mm)连续流动反应评价装置,称量10mg合成得到的镍招镧三元金属氧化物催化剂放置管中,调节空气的流速为25mL/min,空气流动带动甲醛、CO和NO气体进入U形管反应器中,每小时流过每升催化剂的气体体积(即空速)为eoooh—1。在400°C条件下,该催化剂降解浓度分别为甲醛:40ppm ; CO: 25ppm ; NO: 20ppm的气体,降解率分别为甲醛:92.9% ;C0:94.2% ;N0:97.5%o
【主权项】
1.一种负载型三元金属氧化物催化剂制备方法,其特征是依次包括如下步骤: .1)将NiCl2和AlCl3分别溶解到水中,配置为浓度为I?2mol/L的溶液,将两种溶液混合,保持Ni和Al的摩尔比为2?4,在恒温70?80 °C水浴中滴入一定量的NaOH,保持pH值为12?.13,反应2?3h,老化12?24h,在该过程中形成具有层状结构的沉淀物,沉淀分离,去离子水洗2?3遍,烘干; .2)按照每克沉淀物对应0.5?0.8mmol十二烷基磺酸钠的量,将过20-50目筛的沉淀物加入到质量百分比浓度为0.1 %?I %的十二烷基磺酸钠溶液中,在60?70°C恒温水浴中搅拌5?6h,老化12?24h,离心分离,去掉上清液,得到十二烷基磺酸钠改性的沉淀物; .3)将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和硝酸镧按I: I: I (摩尔比)的量各2?4mol加入到20?40mL水中形成溶液,在20?35 °C下反应6?8h,加入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物,搅拌2?4h、沉淀分离,反应生成的含镧有机配合物在分配作用下,插入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物层间,形成含镧有机配合物柱撑的沉淀物; .4)将含镧有机配合物柱撑的沉淀物置于马弗炉中,400?550°C下焙烧6?8h,其中的碳氮等元素转化为气体溢出,形成孔道,得到一种负载型三元金属氧化物催化剂。
【文档编号】B01J23/83GK106040248SQ201610405890
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】黄文艳, 赵文昌
【申请人】常州大学
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