Co高效氧化用纳米催化剂的规模化制备研究与应用的制作方法
【专利摘要】CO高效氧化用纳米催化剂的规模化制备研究与应用，以结构和功能特殊的分子筛和活性氧化铝为载体，以贵金属（如Pd、Pt、Au）和过渡金属（如Fe、Co、Ni、Cu、Ce等）为主活性组分，在载体表面和孔道中构建CO催化氧化活性中心，开展100公斤以上规模的纳米催化剂的控制制备工艺研究。通过XRD、SEM、TEM等多种技术对纳米催化剂进行表征，揭示催化剂组成、构效关系并阐明反应机理，从而获得适用于CO低温催化氧化的高效稳定的纳米催化剂并实现其规模化生产与应用。
【专利说明】CO高效氧化用纳米催化剂的规模化制备研究与应用
[0001]
【技术领域】
[0002]CO高效氧化用纳米催化剂的规模化制备研究与应用，属于化学领域。
【背景技术】
[0003]CO是典型的可燃、有毒化合物，其固定排放是煤、石油、天然气等化石燃料燃烧、部分氧化工业以及燃油机动车辆驱动过程中久未解决的环境问题；此外，在CO2激光器中气体的纯化、CO气体探测器、燃料电池、烟草降害以及封闭体系(如:飞机，潜艇，航天飞行器等)中微量CO的消除等方面也广泛使用。
[0004]CO的消除与人体的健康和生命安全也息息相关。CO经呼吸道吸入，吸入的CO通过肺泡会进入血液，与血红蛋白结合形成碳氧血红蛋白(HbCO)阻碍氧的释放，引起组织缺氧，使中枢神经系统受累，从而导致低氧血症、水肿、帕金森氏综合症、昏迷等一系列精神症状，严重的甚至死亡。近年来，能源领域中燃料电池技术的兴起，使得CO消除的应用范围进
一步拓宽。
[0005]由此可见，CO的消除涉及能源、环境、健康和安全等多个领域，具有重要的理论研究和实际应用价值。在众多的物理和化学消除方法中，催化氧化法因具有操作温度低、燃烧效能闻、环境友好等优点是最为有效的一种方法。
[0006]迄今为止，国内外有关CO低温催化氧化催化剂的报道大多集中在金属氧化物载体担载的贵金属上，且所报道的催化剂普遍存在稳定性差、寿命短等问题，严重制约着催化剂的规模化应用。目前，有关基于分子筛和活性氧化铝为载体的纳米催化剂设计、规模化制备及其性能研究还没有相关报道。分子筛和活性氧化铝具有特殊的孔道结构、大的比表面积和空旷的空间结构等优点，并同时具有纳米材料的特征，在其表面和孔道构建纳米催化活性中心可起到多功能催化的作用。
【发明内容】
[0007]以结构和功能特殊的分子筛和活性氧化铝为载体，以贵金属(如Pd、Pt、Au)和过渡金属(如Fe、C0、N1、Cu、Ce等)为主活性组分，在载体表面和孔道中构建CO催化氧化活性中心，开展100公斤以上规模的纳米催化剂的控制制备工艺研究，并考察其催化CO氧化的性能。通过XRD、SEM、TEM等多种技术对纳米催化剂进行表征，揭示催化剂组成、构效关系并阐明反应机理，从而获得适用于CO低温催化氧化的高效稳定的纳米催化剂并实现其规模化生产与应用。
[0008]CO催化氧化活性中心的设计、构建及相应催化剂的规模化制备是实现本项研究的重点和难点。对于CO催化氧化反应来说，高效稳定地氧化CO是十分重要的，因而催化剂结构与表面活性中心的分子设计应满足反应物CO和反应氧物种的活化及反应中间物转化为最终产物的要求，并且可以利用制备条件的变化进行调节。我们的前期工作已经积累了解决这类关键问题的一些经验。
[0009]研究方法和技术路线:
以CO氧化为目标反应，利用多相催化的方法与纳米技术，在多孔分子筛和活性氧化铝表面构建CO催化氧化活性中心，设计并规模化研制低温CO催化氧化用纳米催化剂，以解决健康、安全、能源和环境等多个领域中对CO消除的技术需求。
[0010]具体实施方案如下:
(I)选择分子筛和活性氧化铝为载体，以贵金属(Pd、Pt、Au)和过渡金属(Fe、Co、N1、CiuCe等)为主活性组分，采用不同的方法在载体上构建CO催化氧化活性中心、规模化控制制备纳米催化剂，并考察其催化CO氧化的性能。
[0011](2)改进制备条件，优化制备方法，并研究助剂及其添加工艺对催化性能的影响，以进一步提高催化剂活性，研制高活性、长寿命实用型CO低温催化氧化纳米催化剂。
[0012](3)通过多种固体催化剂表征技术对纳米催化剂进行表征，研究催化剂制备化学规律，揭示催化剂组成、结构与性能关系，阐明反应机理，达到预期目标。
[0013]该发明的创新之处:
活性氧化铝和分子筛的结构特殊，其组成和拓扑结构范围宽广，可将金属颗粒分散到分子筛的空腔内或固定于其表面，达到多功能催化作用的效果。在分子筛和活性氧化铝上构建CO催化活性中心对基础研究、健康与安全、能源利用的可持续发展以及活性中心的分子水平设计具有重要的理论和现实意义。
[0014]基于分子筛和活性氧化铝的CO氧化催化剂的规模化研发目前尚属空白，我们已经进行了一些具有特色的工作。相信在基金的资助下，在纳米催化剂的规模化控制制备科学及其产业化应用方面将形成创新性突破，并形成自主知识产权。
【权利要求】
1.选择分子筛和活性氧化铝为载体，以贵金属(Pd、Pt、Au)和过渡金属(Fe、Co、N1、Cu、Ce等)为主活性组分，采用不同的方法在载体上构建CO催化氧化活性中心、规模化控制制备纳米催化剂，并考察其催化CO氧化的性能。
2.通过多种固体催化剂表征技术对纳米催化剂进行表征，进一步提高催化剂活性，研制高活性、长寿命实用型CO低温催化氧化纳米催化剂。
【文档编号】B01J35/10GK103623873SQ201210300157
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月22日 优先权日:2012年8月22日
【发明者】毕玉水, 吴秀勇, 曹淑兰 申请人:吴秀勇