用于制备复合氧化物的方法和复合氧化物催化剂的制作方法_2

文档序号:8435195阅读:来源:国知局
至30. 0:70. 0质量%。在该范围以外的比例下,以两个分开的部分进 行混合的铈水溶液的效果是不足的。
[0037] 本发明的方法包括步骤(cl):水热处理混合水溶液(XI)。
[0038] 步骤(cl)中的水热处理可以是,例如保持加热混合水溶液(XI)至不低于60°C。 通过该保持加热,形成了铈-锆复合盐的胶体溶液。可以使用的反应容器可以是密封或敞 口的容器,并且优选地为高压釜反应器。保持加热的温度通常不低于60°C,优选地为60至 200°C,更优选地为80至180°C。保持加热的持续时间通常为10分钟至48小时,优选地30 分钟至36小时,更优选地1小时至24小时。如果在不充分的条件下保持加热,结晶度不升 高,并且最终产生的复合氧化物的比表面积和结晶度不会落入希望的范围内。
[0039] 本发明的方法包括步骤(b2):将在步骤(a)中制备的铈水溶液的剩余部分加入到 通过水热处理获得的复合盐的胶体溶液(Y1),以制备复合盐的胶体溶液(Y2)。在该步骤 中,含有除铈以外的稀土金属的离子的稀土金属水溶液,和/或含有至少一种选自碱土金 属元素、除Zr以外的过渡金属元素、卤族元素、B、C、Si和S的元素的离子的水溶液,可以任 选地混合在混合水溶液(Y2)中。
[0040] 本发明的方法包括步骤(c2):水热处理复合盐的胶体溶液(Y2)。
[0041] 步骤(c2)中的水热处理可以根据步骤(cl)中的水热处理进行。
[0042] 本发明的方法包括步骤(d):将通过步骤(c2)中的水热处理获得的复合盐的胶体 溶液(Y3)与碱性溶液和表面活性剂混合,以制备沉淀物。
[0043] 步骤(d)是使用碱性溶液的中和步骤,所述碱性溶液可以是例如,氢氧化钠、氢氧 化钾、氨水或其混合物,特别优选的是氨水。
[0044] 表面活性剂可以是例如,阴离子表面活性剂如乙氧基羧酸盐,非离子表面活性剂 如醇乙氧基化物,聚乙二醇,羧酸或其混合物,特别优选的是羧酸。
[0045] 羧酸可以优选地为饱和羧酸,如癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸或棕榈酸,特别优选的是 月桂酸。
[0046] 基于100质量份的待获得的复合氧化物,待加入的表面活性剂的量通常为1至50 质量份,优选地为5至30质量份。在小于1质量份时,最终产生的复合氧化物的比表面积 和结晶度不会落入希望的范围。
[0047] 表面活性剂可以当其为固体形式时使用,或当其为通过将表面活性剂稀释或溶解 在溶剂如乙醇或纯净水中制备的溶液形式时使用。混合可以在已知混合器中进行。
[0048]获得的沉淀物可以通过例如,Nutsche法、离心或压滤来分离。必要时可以用水洗 涤所获得的沉淀物。此外,所获得的前体可以干燥至适当的程度。干燥可以在约60至200°C 下进行。
[0049] 本发明的方法包括步骤(e):焙烧获得的沉淀物。
[0050] 在步骤(e)中,焙烧之前可以是预焙。预焙的温度通常为250至700°C,优选地300 至500°C。预焙可以在空气或氧中进行。可以根据预焙温度适合地确定预焙的持续时间,并 且通常可以为1至10小时。
[0051] 将预焙的复合氧化物粉碎,然后焙烧。焙烧温度通常为500至1200°C,优选地700 至1100°C,更优选地800至1050°C。焙烧可以在空气或氧中进行,优选的是氧。焙烧的持 续时间可以根据焙烧温度适合地确定,并且通常可以为1至10小时。
[0052]必要时,获得的复合氧化物可以粉碎成希望的粒径。例如,当用作烃蒸汽重整催化 剂中的复合氧化物时,复合氧化物优选地具有1至50 ym的平均粒径。
[0053]获得的复合氧化物可以通过负载至少一种选自Ni、Cu、Fe、Pt、Pd和Rh的催化金 属,制备成希望的催化剂。催化金属可以通过常规的方法负载在复合氧化物上,例如,通过 用催化金属的水溶液浸渍复合氧化物,接着焙烧。焙烧温度通常为250至800 °C,优选地为 300至600°C。焙烧可以在空气或氧中进行,优选的是氧。焙烧的持续时间可以根据焙烧温 度适合地确定,并且通常可以为1至10小时。
[0054] 根据本发明的一些催化剂可以在焙烧后即显示催化性能,但是必要时可以进行活 化处理,如还原和/或氧化。
[0055] 通常有利的是通过本发明的方法获得的复合氧化物当用作催化剂时,具有更大的 比表面积。除此以外,发明人已发现,负载催化金属的复合氧化物的更高的结晶度得到更有 效的催化性能。因此,本发明人已采用具有高结晶度的复合氧化物,其中保持比表面积尽可 能大。这样的复合氧化物在微观上由两个或多个非常相似的〇 &&或类似的相构成,并认为 由于在这样的相似相的边界处氧被牢固地吸收并平稳地迀移从而还原催化金属,因此显示 良好的催化性能。当复合氧化物具有上述组成、比表面积和结晶度时,优选地形成两个或多 个非常相似的CaF 2或类似的相,以显示良好的催化性能。
[0056] 本发明的催化剂优选地提供了不低于40%,优选地不低于80%的甲烷到氢的重 整率,如通过在氧流下在1. 5小时内将催化剂从室温加热到600°C,在600°C下保持催化剂 1小时,并且测量甲烷蒸汽重整所测定的。
[0057]如本文所提及的甲烷蒸汽重整可以在以下讨论的条件下测定。
[0058] 甲烷蒸汽重整的测定可以这样开始:量出50.Omg催化剂并将催化剂固定在由石 英玻璃制成的固定床反应管(内径11_)中,将催化剂的上面和下面保持在石英玻璃棉之 间。然后使氢气以l〇〇ml/min流入反应管中,同时在1. 5小时内将管从室温加热到600°C。 所述管,当达到600°C时,使其保持1小时以还原催化剂。还原后,停止氢气,并将氮气引入 以将氢气从管中排空。在彻底排空氢气后,使用氮气作为载气并且甲烷和水为1:3,分别以 90ml/min、2. 5ml/min和7. 5ml/min将氮气、甲烧气和水蒸气引入反应管中,并且开始测量 甲烷到氢的重整率。测量进行如下:对出口气采样四次,每次间隔13分钟,通过气相色谱分 析每种样品气,并取平均值。该程序称为测量(1)。
[0059] 在测量(1)后,以100ml/min使氧气流入反应管,并且保持管1小时以氧化催化 剂。然后停止氧气,并引入氮气以从管中排空氧气。在彻底排空氧气后,以与测量(1)相同 的方式测量甲烷到氢的重整率。该程序称为测量(2)。
[0060] 在测量(2)后,以100ml/min使氢气流入反应管,并且保持管1小时以还原催化 剂。还原后,停止氢气,并引入氮气以从管中排空氢气。在彻底排空氢气后,以与测量(1) 相同的方式测量甲烷到氢的重整率。该程序称为测量(3)。
[0061] 在测量(3)后,以90ml/min使氮气流入反应管中,同时将温度降低至室温。然后, 以100ml/min使氧气流入管中,同时在1. 5小时内将温度从室温升高至高达600°C。当温度 达到600°C时,保持管1小时以氧化催化剂。氧化后,停止氧气,并引入氮气以从管中排空氧 气。在彻底排空氧气后,以与测量(1)相同的方式测量甲烷到氢的重整率。该程序称为测 量⑷。
[0062] 在测量(4)后,以100ml/min使氢气流入反应管,并且保持管1小时以还原催化 剂。还原后,停止氢气,并引入氮气以从管中排空氢气。在彻底排空氢气后,以与测量(1) 相同的方式测量甲烷到氢的重整率。该程序称为测量(5)。
[0063] 使用在气相色谱中测量的甲烷(CH4)、二氧化碳(C02)和一氧化碳(CO)的值,如下 计算重整率。
[0064] 重整率(% ) = (l-aV(CH4+C02+C0)) X100
[0065] 根据本发明的催化剂可以用作PEFC、用于净化废气的催化剂等中的Pt催化剂的 替代品,并且可以优选地用作烃蒸汽重整催化剂。 实施例
[0066] 现在将参照实施例和比较例来解释本发明,其不旨在限制本发
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