一种甲醇常温燃烧用的催化剂及其制备方法与流程

本发明涉及催化技术领域，具体涉及一种甲醇常温燃烧用的催化剂及其制备方法。

背景技术：

随着新能源技术的发展，甲醇由于性价比高、原料易得、汽化潜热大、十六烷值底等特点，广泛应用于各领域。在工业废气处理中，民用取暖设备中又或者是燃料电池等领域，甲醇燃烧催化剂一直是研究的热点。

从现有的技术来看，存在诸多问题，首当其冲的便是如何使甲醇可以在常温下快速起燃，无需外部加热，达到节约能源提高效率的目的。除此之外，贵金属作为催化剂中有效的活性组分，价格高昂，如何在成本相同的情况下，提高贵金属的催化效率和活性也是关键问题。

技术实现要素：

因此，本发明提供一种甲醇常温燃烧用的催化剂及其制备方法，该催化剂能够实现液态燃料无外供热快速启动，具有高的热效率和燃料转化率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种甲醇常温燃烧催化剂，包含贵金属组分和载体；所述贵金属组分的质量占比为0.01-0.5％，所述载体的质量占比为99.5-99.99％。

进一步地，所述贵金属组分为铂、钯、钌、铑中的至少一种。

进一步地，所述载体为氧化铝、氧化钛中的一种或二者的结合。

进一步地，所述催化剂的制备方法，包括以下步骤：

s10：用离子水或无水乙醇配置含贵金属离子的溶液；

s20：将所述含贵金属离子的溶液通过喷雾装置喷到载体上，喷雾过程中，载体不断均匀翻动；喷完后在室温下晾干12h，然后在100-180℃的条件下烘干4-12h，最后在400-600℃的条件下恒温煅烧3-10h；得到氧化态的催化剂；

s30：将所述氧化态的催化剂还原得到催化剂。

进一步地，所述含贵金属离子的溶液中，贵金属离子的质量占比为0.05％-1％。所述含贵金属离子的溶液的配置方法为：将氯铂酸、氯化钯、氯化钌、氯化铑中的一种或多种溶解于去离子水中。

进一步地，所述载体是直径为3-5mm的球体，比表面积在200m²/g以上。

综上所述，本发明提供的催化剂及其制备方法如下一个或多个优点或有益效果：

1.本发明提供的催化剂可以使甲醇在常温下起燃，可以快速由室温上升到800℃的高温，简化了甲醇燃烧过程中加热的步骤，因此简化了设备的复杂程度，节约能源，节省了时间。

2.本发明采用氧化铝或者氧化钛作为载体，两种材料成本较低，容易获得；同时将贵金属的用量控制在0.01-0.5％，在保证催化效率的同时，控制了成本。

3.本发明采用的载体为圆球状，直径为3-5mm，比表面积在200m²/g以上，可以使活性组分分布更均匀，分散度更高，起燃更快。

4.本发明采用了将贵金属离子喷射在载体上的方法，贵金属离子在溶液中均匀分布，而后又均匀喷射在载体之上，增加了其分散度和活性，在降低贵金属用量的同时，提高了催化剂的催化性能和稳定性，使得催化剂的催化效率更高。

5.本发明提供的制备方法简单，对于设备要求更低，可以广泛应用于工业生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为催化剂的制备流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的催化剂成分简单，包括贵金属组分和载体；所述贵金属组分为铂、钯、钌、铑中的至少一种，所述载体为氧化铝或氧化钛，或者是氧化铝和氧化钛的结合。通过配制含贵金属离子的溶液，并将该溶液以喷射的方式附着在载体上，制备流程参见图1。载体选用直径为3-5mm的球体，比表面积要求在200m²/g以上，用此方法制备的催化剂贵金属组分分布均匀，分散度更高，具有高的热效率和燃料转化率。

【实施例1】

一种甲醇常温燃烧催化剂，包含质量占比为0.01％的贵金属组分和99.99％的载体；上述贵金属组分为铂，上述载体为氧化铝。

其制备方法包括以下步骤：

s10：用离子水配置铂离子质量分数为0.05％的氯铂酸溶液；

s20：将20g氯铂酸溶液通过喷雾装置喷到100g氧化铝载体上，喷雾过程中，氧化铝载体不断均匀翻动；喷完后在室温下晾干12h，然后在165℃的条件下烘干5h，最后在400-600℃的条件下恒温煅烧3-10h；得到氧化态的催化剂；

s30：将所述氧化态的催化剂还原得到催化剂1。

【实施例2】

一种甲醇常温燃烧催化剂，包含质量占比为0.02％的贵金属组分和99.98％的载体；上述贵金属组分为铂，上述载体为氧化铝。

其制备方法包括以下步骤：

s10：用无水乙醇配置铂离子浓度为0.2％的氯铂酸溶液；

s20：将10g氯铂酸溶液通过喷雾装置喷到100g氧化铝载体上，喷雾过程中，氧化铝载体不断均匀翻动；喷完后在室温下晾干12h，然后在145℃的条件下烘干7h，最后在400℃的条件下恒温煅烧10h；得到氧化态的催化剂；

s30：将所述氧化态的催化剂还原得到催化剂2。

【实施例3】

一种甲醇常温燃烧催化剂，包含质量占比为0.05％的贵金属组分和99.95％的载体；上述贵金属组分为铂，上述载体为氧化铝。

其制备方法包括以下步骤：

s10：用离子水配置铂离子浓度为0.5％的氯铂酸溶液；

s20：将10g氯铂酸溶液通过喷雾装置喷到100g氧化铝载体上，喷雾过程中，氧化铝载体不断均匀翻动；喷完后在室温下晾干12h，然后在125℃的条件下烘干8h，最后在420℃的条件下恒温煅烧9h；得到氧化态的催化剂；

s30：将所述氧化态的催化剂还原得到催化剂3。

【实施例4】

一种甲醇常温燃烧催化剂，包含质量占比为0.1％的贵金属组分和99.9％的载体；上述贵金属组分为铂，上述载体为氧化铝。

其制备方法包括以下步骤：

s10：用无水乙醇配置铂离子浓度为0.5％的氯铂酸溶液；

s20：将20g氯铂酸溶液通过喷雾装置喷到100g氧化铝载体上，喷雾过程中，氧化铝载体不断均匀翻动；喷完后在室温下晾干12h，然后在180℃的条件下烘干4h，最后在440℃的条件下恒温煅烧8h；得到氧化态的催化剂；

s30：将所述氧化态的催化剂还原得到催化剂4。

【实施例5】

一种甲醇常温燃烧催化剂，包含质量占比为0.5％的贵金属组分和99.5％的载体；上述贵金属组分为铂，上述载体为氧化铝。

其制备方法包括以下步骤：

s10：用离子水配置铂离子浓度为1％的氯铂酸溶液；

s20：将50g氯铂酸溶液通过喷雾装置喷到100g氧化铝载体上，喷雾过程中，氧化铝载体不断均匀翻动；喷完后在室温下晾干12h，然后在170℃的条件下烘干5h，最后在460℃的条件下恒温煅烧7h；得到氧化态的催化剂；

s30：将所述氧化态的催化剂还原得到催化剂5。

【实施例6】

一种甲醇常温燃烧催化剂，包含质量占比为0.02％的贵金属组分和99.98％的载体；上述贵金属组分为铂，上述载体为氧化钛。

其制备方法包括以下步骤：

s10：用无水乙醇配置铂离子浓度为0.2％的氯铂酸溶液；

s20：将10g氯铂酸溶液通过喷雾装置喷到100g氧化钛载体上，喷雾过程中，氧化钛载体不断均匀翻动；喷完后在室温下晾干12h，然后在160℃的条件下烘干6h，最后在480℃的条件下恒温煅烧6h；得到氧化态的催化剂；

s30：将所述氧化态的催化剂还原得到催化剂6。

【实施例7】

一种甲醇常温燃烧催化剂，包含质量占比为0.05％的贵金属组分和99.95％的载体；上述贵金属组分为铂，上述载体为氧化钛。

其制备方法包括以下步骤：

s10：用离子水配置铂离子浓度为0.2％的氯铂酸溶液；

s20：将25g氯铂酸溶液通过喷雾装置喷到100g氧化钛载体上，喷雾过程中，氧化钛载体不断均匀翻动；喷完后在室温下晾干12h，然后在150℃的条件下烘干7h，最后在500℃的条件下恒温煅烧5h；得到氧化态的催化剂；

s30：将所述氧化态的催化剂还原得到催化剂7。

【实施例8】

一种甲醇常温燃烧催化剂，包含质量占比为0.1％的贵金属组分和99.9％的载体；上述贵金属组分为铂，上述载体为氧化钛。

其制备方法包括以下步骤：

s10：用无水乙醇配置铂离子浓度为0.4％的氯铂酸溶液；

s20：将25g氯铂酸溶液通过喷雾装置喷到100g氧化钛载体上，喷雾过程中，氧化钛载体不断均匀翻动；喷完后在室温下晾干12h，然后在140℃的条件下烘干8h，最后在520℃的条件下恒温煅烧4h；得到氧化态的催化剂；

s30：将所述氧化态的催化剂还原得到催化剂8。

【实施例9】

一种甲醇常温燃烧催化剂，包含质量占比为0.1％的贵金属组分和99.9％的载体；上述贵金属组分为铂和钯，两者质量占比均为0.05％，上述载体为氧化钛。

其制备方法包括以下步骤：

s10：用离子水配置铂离子和钯离子浓度均为0.5％的氯铂酸和氯化钯的混合溶液；

s20：将10g混合溶液通过喷雾装置喷到100g氧化钛载体上，喷雾过程中，氧化钛载体不断均匀翻动；喷完后在室温下晾干12h，然后在130℃的条件下烘干9h，最后在540℃的条件下恒温煅烧3h；得到氧化态的催化剂；

s30：将所述氧化态的催化剂还原得到催化剂9。

【实施例10】

一种甲醇常温燃烧催化剂，包含质量占比为0.2％的贵金属组分和99.8％的载体；上述贵金属组分为铂和钯，两者质量占比均为0.1％，上述载体为氧化钛。

其制备方法包括以下步骤：

s10：用无水乙醇配置铂离子和钯离子浓度均为0.4％的氯铂酸和氯化钯的混合溶液；

s20：将25g混合溶液通过喷雾装置喷到100g氧化钛载体上，喷雾过程中，氧化钛载体不断均匀翻动；喷完后在室温下晾干12h，然后在120℃的条件下烘干10h，最后在560℃的条件下恒温煅烧3h；得到氧化态的催化剂；

s30：将所述氧化态的催化剂还原得到催化剂10。

【实施例11】

一种甲醇常温燃烧催化剂，包含质量占比为0.1％的贵金属组分和99.9％的载体；上述贵金属组分为铂和钯，两者质量占比均为0.05％，上述载体为氧化铝。

其制备方法包括以下步骤：

s10：用离子水配置铂离子和钯离子浓度均为0.05％的氯铂酸和氯化钯的混合溶液；

s20：将100g混合溶液通过喷雾装置喷到100g氧化铝载体上，喷雾过程中，氧化铝载体不断均匀翻动；喷完后在室温下晾干12h，然后在110℃的条件下烘干11h，最后在580℃的条件下恒温煅烧3h；得到氧化态的催化剂；

s30：将所述氧化态的催化剂还原得到催化剂11。

【实施例12】

一种甲醇常温燃烧催化剂，包含质量占比为0.2％的贵金属组分和99.8％的载体；上述贵金属组分为铂和钯，两者质量占比均为0.1％，上述载体为氧化铝。

其制备方法包括以下步骤：

s10：用无水乙醇配置铂离子和钯离子浓度均为0.1％的氯铂酸和氯化钯的混合溶液；

s20：将100g混合溶液通过喷雾装置喷到100g氧化铝载体上，喷雾过程中，氧化铝载体不断均匀翻动；喷完后在室温下晾干12h，然后在100℃的条件下烘干12h，最后在600℃的条件下恒温煅烧3h；得到氧化态的催化剂；

s30：将所述氧化态的催化剂还原得到催化剂12。

上述催化剂1-12在甲醇常温燃烧反应中，催化效率均为为100％，下面从催化反应升温时间的角度进行实验检测：

取20ml各催化剂装填在φ25×2.5×100mm的2520不锈钢管式反应器中，在入口处通入空气和液态甲醇，在室温下，以流量为2nm³/h的空气在装有甲醇的容器中鼓泡，带动自然挥发的甲醇进入反应器中，测温点置于催化剂床层内，测试结果如下表1所示。

表1催化剂1-12的升温时间

从上表可以看出：贵金属加入量越多催化效果越好；以氧化铝作为载体的催化剂效果好于氧化钛载体的催化剂；当活性组分为两种贵金属结合的时候，其升温能力比单一贵金属催化剂更好，当贵金属总的质量占比为0.2％时，催化效果最好。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。