专利名称：甲烷催化燃烧固溶体催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种甲烷低温催化燃烧的催化剂及其制备方法。
背景技术：
天然气作为一种清洁的能源，在能源结构中的比例日益上升。但其主要成分甲烷的燃烧温度很高，因而燃烧效率较低，并且在燃烧过程中会产生少量的NOX和不完全燃烧产物，从而造成的环境污染。在催化剂存在条件下的甲烷富氧燃烧更符合环保要求。
甲烷催化燃烧的催化剂主要有Pt、Pd、Rh等负载型贵金属，钙钛矿型复合金属氧化物，负载型过渡金属催化剂等。Pt等负载型贵金属催化剂用于甲烷燃烧具有良好的低温催化活性，但这类催化剂价格昂贵，热稳定性较差，限制了其工业应用。钙钛矿型和过渡金属氧化物催化剂则由于比表面小，机械强度差及活性低等因素，也难于大规模使用。
固溶体作为一种新型催化材料以其较大的比表面、较高的热稳定性和较好的储氧能力被广泛用于各类催化反应，特别对CO、CH4和C3H8的催化氧化反应有很高的催化活性。Sitthiphong Pengpanich等在Applied Catalysis AGeneral(2002(234)221)上发表文章报道了Ce-Zr固溶体催化剂甲烷催化燃烧的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有效的催化甲烷燃烧的催化剂及其制备方法，将该催化剂用于甲烷催化燃烧反应，能在较低温度下将甲烷完全催化燃烧。
本发明叙述的催化剂主要活性组分由氧化铈和氧化锆组成，助剂选用氧化钴，催化剂通式为Ce0.75-XCoXZr0.25O2，其中x为0.01～0.40。
本发明所述的催化剂制备过程如下按通式Ce0.75-XZr0.25CoXO2，其中x为0.01～0.40，称取Ce(NO3)2·6H2O，ZrOCl2·8H2O，Co(NO3)2·6H2O混合均匀，加入上述盐类重量的0.5-4.0倍尿素，置于研钵中研磨得到糊状物，然后在150-200℃烘烤10-13小时后，于500-800℃焙烧3-6小时，制得成品催化剂。
本发明叙述的催化剂用于甲烷催化燃烧反应，得到了较好的结果。在空气与甲烷的体积比为49，空速为30000h-1的条件下可在580℃将甲烷完全燃烧，在空速为5000h-1的条件下可在500℃将甲烷完全燃烧。与文献Applied Catalysis AGeneral(2002(234)221)所报道的结果相比，不仅完全燃烧温度降低较多，且起燃温度也较低。
本发明提供的甲烷催化燃烧催化剂与现有技术相比，具有如下实质性特征1.催化剂以Ce-Zr固溶体为主要活性组分，并添加一种过渡金属氧化物(氧化钴)为助剂，活性组分含量高，价格低廉。
2.催化剂在甲烷催化燃烧反应过程中，采用空气作为氧化剂，起燃温度低，完全燃烧温度低。
3.催化剂采用尿素燃烧法制备，制备方法简单易于操作，活性组分分散均匀，稳定性良好。
具体实施例方式
实施例1称取16.1gCe(NO3)2·6H2O，4.1gZrOCl2·8H2O，0.15gCo(NO3)2·6H2O放入研钵中研磨10～30min，再称取40g尿素，加入研钵中研磨0.5～1.5h，得到糊状物。将糊状物移于200℃烘烤12h，转移至马夫炉于500℃在空气中焙烧4h，制得Ce0.74Zr0.25Co0.01O2固溶体催化剂。该催化剂在Air/CH4＝49，30000h-1空速，催化剂用量为0.2g的条件下催化反应性能如下
实施例2称取45.6gCe(NO3)2·6H2O，12.1gZrOCl2·8H2O，2.2gCo(NO3)2·6H2O放入研钵中研磨10～30min，再称取120g尿素，加入研钵中研磨0.5～1.5h，得到糊状物。催化剂的烘干与焙烧条件同实施例1，制得Ce0.70Zr0.25Co0.05O2固溶体催化剂。该催化剂在Air/CH4＝49，30000h-1空速，催化剂用量为0.2g的条件下催化反应性能如下
实施例3称取14.1gCe(NO3)2·6H2O，4.1gZrOCl2·8H2O，1.5gCo(NO3)2·6H2O放入研钵中研磨10～30min，再称取40g尿素，加入研钵中研磨0.5～1.5h，得到糊状物。催化剂的烘干与焙烧条件同实施例1，制得Ce0.65Zr0.25Co0.10O2固溶体催化剂。该催化剂在Air/CH4＝49，30000h-1空速，催化剂用量为0.2g的条件下催化反应性能如下
实施例4称取7.6gCe(NO3)2·6H2O，4.1gZrOCl2·8H2O，5.8gCo(NO3)2·6H2O放入研钵中研磨10～30min，再称取35g尿素，加入研钵中研磨0.5～1.5h，得到糊状物。催化剂的烘干与焙烧条件同实施例1，制得Ce0.35Zr0.25Co0.40O2固溶体催化剂。该催化剂在Air/CH4＝49，30000h-1空速，催化剂用量为0.2g的条件下催化反应性能如下
实施例5称取47.8gCe(NO3)2·6H2O，16.1gZrOCl2·8H2O，11.6gCo(NO3)2·6H2O放入研钵中研磨10～30min，再称取150g尿素，加入研钵中研磨0.5～1.5h，得到糊状物。催化剂的烘干与焙烧条件同实施例1，制得Ce0.55Zr0.25Co0.20O2固溶体催化剂。该催化剂在Air/CH4＝49，30000h-1空速，催化剂用量为0.2g的条件下催化反应性能如下
权利要求
1.一种甲烷催化燃烧固溶体催化剂，其特征在于催化剂主要活性组分由氧化铈和氧化锆组成，助剂选用氧化钴，催化剂通式为Ce0.75-XCoXZr0.25O2，其中x为0.01～0.40。
2.如权利要求1所述催化剂的制备方法，其特征在于该方法按通式Ce0.75-XZr0.25CoXO2，其中x为0.01～0.40，称取Ce(NO3)2·6H2O，ZrOCl2·8H2O，Co(NO3)2·6H2O混合均匀，加入上述盐类重量的0.5-4.0倍尿素，置于研钵中研磨得到糊状物，然后在150-200℃烘烤10-13小时后，于500-800℃焙烧3-6小时，制得成品催化剂。
全文摘要
本发明涉及一种甲烷催化燃烧固溶体催化剂。本发明的催化剂用于甲烷催化燃烧反应，在空气与甲烷的体积比为49的条件下，可在500－680℃将甲烷完全催化燃烧。该催化剂具有成本低廉，制备方法简单，甲烷的起燃温度以及完全燃烧温度较低等特点。
文档编号B01J23/83GK1623658SQ20031011932
公开日2005年6月8日 申请日期2003年12月4日 优先权日2003年12月4日
发明者丑凌军, 杨建 , 张兵, 赵军, 王嘉欣, 牛建中, 李树本 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所