低温催化燃烧的催化剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种低温催化燃烧的催化剂及其制备方法，该催化剂包括如下质量百分比的组份：纳米铂0.005-0.05％、纳米氧化物0.3-3.0％以及载体(余量)；所述载体为金属网或金属毡。采用本发明特定的载体以及载体处理方法能大幅降低贵金属铂催化材料的用量(低于0.1％)，大大降低成本，并实现甲醇以及氢气在零度以下的催化燃烧，提高了对甲醇和氢气传感的温度范围。
【专利说明】低温催化燃烧的催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及催化剂【技术领域】，特别是涉及一种低温催化燃烧的催化剂及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 甲醇有较强的毒性，不仅对人体的神经系统和血液系统影响最大，而且甲醇蒸气 还会损害人的呼吸道粘膜和视力。在实际中甲醇蒸汽是许多工业废气的组成部分，有效的 感知甲醇蒸汽的存在，并采用无火焰的催化燃烧方式利用废弃的甲醇产生热量对于能源利 用和环境保护都具有重大意义。在能源工业，采用催化燃烧的方式能够提高甲醇燃烧的效 率，并且大幅减少一氧化碳等大气污染物的生成。
[0003] 现有技术中有采用堇青石作为基体，负载金属铂作为催化活性物质来制作甲醇催 化燃烧的催化剂，但这种催化剂负载的贵金属铂的量较大，通常至少需要负载O.lwt%以上 才能有催化燃烧的效果，而且这种催化剂在低温下（特别是在零度以下气温）催化燃烧效 果更差，甚至无法进行催化燃烧。
【发明内容】
[0004] 基于此，本发明的目的是提供一种低温催化燃烧的催化剂。
[0005] 具体的技术方案如下：
[0006] 一种低温催化燃烧的催化剂，包括如下质量百分比的组份：
[0007] 纳米铂 0.005-0.05%
[0008] 纳米氧化物0.3-3. 0 %
[0009] 余量为载体；
[0010] 所述载体为金属网或金属毡。
[0011] 在其中一个实施例中，所述金属网的材质为钛、钛合金、钨、钼、锆或钽，金属网 的孔径为〇· 002-1. 0mm，金属网的厚度为0· 01-7. 8mm，孔隙率为40-99 %，比表面积为 50-5000m2/m3〇
[0012] 在其中一个实施例中，所述金属毡的材质为不锈钢，孔隙率为40-80%，比表面积 为 1000-5000m2/g〇
[0013] 在其中一个实施例中，所述纳米氧化物为纳米氧化铝或纳米氧化钛，粒径为 10_50nm。
[0014] 本发明的另一目的是提供上述低温催化燃烧的催化剂的制备方法。
[0015] 具体的技术方案如下：
[0016] 上述低温催化燃烧的催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0017] (1)将载体进行高温处理，然后置于去离子水中，超声处理30-60min，干燥备用；
[0018] (2)将步骤（1)处理后的载体置于纳米氧化物的悬浮液中，待悬浮液被完全吸收 后，取出干燥，然后超声处理30-60min，再用空气或氮气吹扫l-5min ;
[0019] (3)将步骤（2)处理后的载体浸渍于铂化合物溶液或纳米铂胶体溶液中，或，将铂 化合物溶液或纳米铂胶体溶液喷涂至步骤（2)处理后的载体上，高温处理l_5min，即得所 述低温催化燃烧的催化剂。
[0020] 在其中一个实施例中，所述铂化合物溶液为氯铂酸水溶液、氯铂酸乙醇溶液、氯铂 酸丙酮溶液、氯铂酸钾水溶液、氯亚铂酸钾水溶液、硝酸铂水溶液、氯亚铂酸铵水溶液、氯铂 酸钠水溶液、氯铂酸钠乙醇溶液；乙酰丙酮铂丙酮溶液。
[0021] 在其中一个实施例中，所述高温处理的温度为300-1000°C。
[0022] 本发明的原理及有益效果如下：
[0023] 实际中采用湿化学法制备的铂纳米颗粒粒径一般为2-10纳米，如果载体表面具 有大于10纳米的裂缝，则铂纳米颗粒很容易陷落至裂缝中无法起到催化作用。现有技术中 采用的多孔堇青石载体内部存在众多孔道（孔径数十纳米），蜿蜒曲折。使用铝胶进行浸渍 虽然会在堇青石表面形成一层氧化铝薄膜，但是该氧化铝薄膜表面仍然存在众多孔道，当 其浸渍在氯铂酸或者硝酸铂水溶液中，含有氯铂酸或硝酸铂大都进入这些孔道中无法起到 作用。即使是停留在表面的氯铂酸或硝酸铂分解为铂纳米颗粒，生成的铂纳米颗粒也很容 易陷落至氧化铝薄膜的孔道内部很难被利用。只有加大铂前体的用量产生大量铂纳米颗粒 将众多孔道堵塞才会有少量的铂颗粒暴露在堇青石的表面。而本发明中使用金属网或者金 属毡均由金属丝或金属片组成，金属丝或者金属片表面致密，即使有少量裂缝，也很容易使 用纳米氧化物颗粒堵住这些裂缝。铂前体基本都附着在没有裂缝的金属丝、金属片或者纳 米氧化物的表面，其高温处理后形成的纳米铂颗粒也大都负载在金属丝、金属片或纳米氧 化物的表面得到充分利用，因此铂的用量大幅降低。
[0024] 本发明低温催化燃烧的催化剂通过如下方法制备得到：选择特定的载体（金属 网或金属毡），将纳米氧化物颗粒沉积到载体表面，再将纳米铂负载于上述处理后的载体 上。采用本发明特定的载体以及载体处理方法能大幅降低贵金属铂催化材料的用量（低于 0. 1% )，大大降低了成本，并实现甲醇以及氢气在零度以下的催化燃烧，提高了对甲醇和氢 气传感的温度范围。
【具体实施方式】
[0025] 以下通过实施例对本申请做进一步阐述。
[0026] 本发明实施例的低温催化燃烧的催化剂，包括如下质量百分比的组份：
[0027] 纳米铂 0.005-0.05%
[0028] 纳米氧化物0.3-3. 0 %
[0029] 余量为载体；
[0030] 所述载体为金属网或金属毡。
[0031] 所述金属网的材质为钛、钛合金、钨、钼、锆或钽，金属网的孔径为0. 002-0. 83mm， 金属网的厚度为〇. 01-7. 8mm，孔隙率为40-99%，比表面积为50-5000m2/m3。
[0032] 所述金属毡的材质为不锈钢，孔隙率为40-80%，比表面积为1000-5000m2/g。
[0033] 所述纳米氧化物为纳米氧化铝或纳米氧化钛，粒径在10_50nm。
[0034] 上述低温催化燃烧的催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0035] (1)将载体进行高温处理，然后置于去离子水中，超声处理30-60min，干燥备用；
[0036] (2)将步骤（1)处理后的载体置于纳米氧化物的悬浮液中，待悬浮液被完全吸收 后，取出干燥，然后超声处理30-60min，再用空气或氮气吹扫l-5min ;
[0037] (3)将步骤（2)处理后的载体浸渍于铂化合物溶液或纳米铂胶体溶液中，或，将铂 化合物溶液或纳米铂胶体溶液喷涂至步骤（2)处理后的载体上，高温处理l_5min，即得所 述低温催化燃烧的催化剂。
[0038] 所述铂化合物溶液为氯铂酸水溶液、氯铂酸乙醇溶液、氯铂酸丙酮溶液、氯铂酸钾 水溶液、氯亚铂酸钾水溶液、硝酸铂水溶液、氯亚铂酸铵水溶液、氯铂酸钠水溶液、氯铂酸钠 乙醇溶液；乙酰丙酮铂丙酮溶液。
[0039] 所述高温处理的温度为300-1000°C。
[0040] 低温催化燃烧实验中使用的是甲醇液体、甲醇蒸汽或者氢气。为了确保低温燃烧 的条件，所有催化剂样品在进行低温催化燃烧实验之前均置于冰箱中冷冻至少12小时。表 1中列出了不同载体的纳米铂含量以及低温催化燃烧实验结果。
[0041] 表1.不同载体催化剂的低温催化燃烧实验结果（实验温度为：_15°c )
[0042]
【权利要求】
1. 一种低温催化燃烧的催化剂，其特征在于，包括如下质量百分比的组份： 纳米铂 0.005-0.05% 纳米氧化物0.3-3. 0 % 余量为载体； 所述载体为金属网或金属毡。
2. 根据权利要求1所述的低温催化燃烧的催化剂，其特征在于，所述金属网的材质为 钛、钛合金、钨、钼、锆或钽，金属网的孔径为0. 002-1. 0_，金属网的厚度为0. 01-7. 8_，孔 隙率为40-99%，比表面积为50-5000m2/m3。
3. 根据权利要求2所述的低温催化燃烧的催化剂，其特征在于，所述金属网为孔径 0.02-0. 9mm的钛金属网。
4. 根据权利要求1所述的低温催化燃烧的催化剂，其特征在于，所述金属毡的材质为 不锈钢，孔隙率为40-80%，比表面积为1000-5000m2/g。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的低温催化燃烧的催化剂，其特征在于，所述纳米氧 化物为纳米氧化铝或纳米氧化钛，粒径为10_50nm。
6. 权利要求1-5任一项所述的低温催化燃烧的催化剂的制备方法，其特征在于，包括 如下步骤： (1) 将载体进行高温处理，然后置于去离子水中，超声处理30-60min，干燥备用； (2) 将步骤（1)处理后的载体置于纳米氧化物的悬浮液中，待悬浮液被完全吸收后，取 出干燥，然后超声处理30-60min，再用空气或氮气吹扫l-5min ; (3) 将步骤（2)处理后的载体浸渍于铂化合物溶液或纳米铂胶体溶液中，或，将铂化合 物溶液或纳米铂胶体溶液喷涂至步骤（2)处理后的载体上，高温处理l_5min，即得所述低 温催化燃烧的催化剂。
7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述铂化合物溶液为氯铂酸水溶液、 氯铂酸乙醇溶液、氯铂酸丙酮溶液、氯铂酸钾水溶液、氯亚铂酸钾水溶液、硝酸铂水溶液、氯 亚铂酸铵水溶液、氯铂酸钠水溶液、氯铂酸钠乙醇溶液；乙酰丙酮铂丙酮溶液。
8. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述高温处理的温度为300-1000°C。
【文档编号】F23G7/07GK104475088SQ201410663114
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】王文韬, 彭海炎, 曾德文, 张欢, 钱小立, 李建军, 王慰 申请人:广州中国科学院先进技术研究所