一种用于一氧化碳转化的催化剂及其制备方法与流程

1.本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种用于一氧化碳转化的催化剂及其制备方法。


背景技术：

2.一氧化碳就是通常所说的“煤气”，是一种无色、无味的有毒气体，当空气中的co含量高于0.1％时，会导致人体中毒。同时co也是空气质量污染指数指标中，与pm2.5、o3等六个重要的参数之一。一氧化碳是由于含碳物质不完全燃烧产生的，而城市大气环境中的一氧化碳主要来源于燃煤、工厂废气和机动车尾气排放。当空气中的co含量高于0.1％时，会导致人体中毒。近年来，随着各地大气污染防治工作的不断深入，一些非常规污染物逐渐引起关注，一氧化碳(co)就是其中之一，有效控制一氧化碳排放，对持续改善大气环境质量非常重要。在以往的锅炉应用中，为控制nox排放，燃烧后尾气中co的浓度一般偏高，高的可达3000mg/m3至5000mg/m3。为此国内如唐山、邯郸、临汾、临淄等地印发相关政策文件，开展各行业co治理工作。2021年《临淄区环境质量百日攻坚行动实施方案》中通知，辖区内企业co排放浓度不得高于200mg/m3排放要求，全面降低co排放量和浓度，力争达到同比下降80％以上。将co氧化成co2是减少co排放到大气中的主要方法，也是燃料气体净化中去除co的主要反应。
3.然而，用于将co氧化成co2的现有催化剂存在以下不足：贵金属催化剂价格昂贵；非贵金属催化剂完全转化温度高，对市场上在售的贵金属和非贵co催化剂进行了评测，转化温度均在200℃以上，导致装置能耗高；受制于催化剂涂层材料的影响，传导到催化活性材料上的温度会存在延迟，导致催化剂起燃温度较高。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供了一种用于一氧化碳转化的催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
5.(1)将异丙醇铝溶解于水中，60℃搅拌1-2h，
6.(2)同时添加盐酸、硝酸镧和硝酸钇，超声辐射30分钟，然后80℃搅拌2-4h，得到改性氧化铝溶胶，
7.(3)将催化活性成分、改性氧化铝溶胶、助剂和去离子水混合，调节ph值为3.4到4.2之间，研磨至少24小时，
8.(4)将步骤(3)的浆料真空涂覆在堇青石载体上，烘干后在1000℃烧结，即得到所述用于一氧化碳转化的催化剂。
9.进一步地，在步骤(1)和(2)中，所述异丙醇铝、水、盐酸、硝酸镧和硝酸钇的摩尔比为1:100:0.1:0.03:0.02。
10.进一步地，所述超声辐射的功率为140w，频率为25khz。
11.进一步地，所述催化活性成分包括贵金属催化活性成分和/或非贵金属催化活性
成分。
12.进一步地，所述贵金属催化活性成分包括铂、钯、铑或钌的盐或其组合。
13.进一步地，所述非贵金属催化活性成分包括锰、铁、铜或钴的盐或其组合。
14.进一步地，在步骤(3)中，催化活性成分的添加量为2-30g/ft3。
15.进一步地，在步骤(3)中，催化活性成分与氧化铝的质量比为1:50。
16.进一步地，所述助剂的添加量为1wt％。
17.进一步地，所述助剂包括聚乙烯醇、聚乙二醇、正丁醇或其组合。
18.在其他方面，本发明还提供了一种用于一氧化碳转化的催化剂，其通过本文所述的方法制备。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.本发明的一氧化碳催化剂以堇青石作为催化剂载体，并通过改性氧化铝涂层提高载体的比表面积，贵金属或非贵金属作为活性组分，助剂的加入提高活性组分的分散度，增强催化剂的催化能力。改性后的氧化铝、活性组分和助剂配成浆液，通过真空涂覆的方式将浆液负载在堇青石载体上，经烘干焙烧后可得到成品催化剂。
21.本发明通过向氧化铝溶胶同时掺杂镧和钇，提升了单独掺杂镧的情况下催化剂的性能。
22.本发明进一步在氧化铝溶胶的制备过程中引入超声辅助，并发现这能够显著降低起燃温度，并降低完全转化温度。
23.本发明还优化了氧化铝溶胶与催化活性成分混合液的适宜ph值范围，实现了最优的起燃温度和完全转化温度。
24.本发明提供了起燃温度低、完全转化温度低、工业应用范围广的一氧化碳催化剂，在空速不超过4000h-1
的条件下，其起燃温度可低于135℃，180℃可实现co的完全转化。
具体实施方式
25.以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
26.实施例1
27.本实施例提供了一种用于一氧化碳转化的催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
28.(1)将0.1mol(20.4g)异丙醇铝溶解于10mol(180ml)水中，60℃搅拌1h，
29.(2)同时添加0.01mol盐酸(0.8ml的12m盐酸水溶液)、0.003mol硝酸镧和0.002mol硝酸钇，超声辐射(140w，25khz)30分钟，然后80℃搅拌2h，得到改性氧化铝溶胶，
30.(3)将催化活性成分(70％硝酸铂和30％硝酸钯)、改性氧化铝溶胶、助剂(聚乙烯醇)和去离子水混合，使得催化活性成分的添加量为20g/ft3，催化活性成分与氧化铝的质量比为1:50，调节ph值为3.4，研磨至少24小时，
31.(4)将步骤(3)的浆料真空涂覆在堇青石载体上，烘干后在1000℃烧结，即得到所述用于一氧化碳转化的催化剂。
32.实施例2
33.本实施例提供了一种用于一氧化碳转化的催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
34.(1)将0.1mol(20.4g)异丙醇铝溶解于10mol(180ml)水中，60℃搅拌1h，
35.(2)同时添加0.01mol盐酸(0.8ml的12m盐酸水溶液)、0.003mol硝酸镧和0.002mol硝酸钇，超声辐射(140w，25khz)30分钟，然后80℃搅拌2h，得到改性氧化铝溶胶，
36.(3)将催化活性成分(70％硝酸铂和30％硝酸钯)、改性氧化铝溶胶、助剂(聚乙二醇)和去离子水混合，使得催化活性成分的添加量为20g/ft3，催化活性成分与氧化铝的质量比为1:50，调节ph值为4.2，研磨至少24小时，
37.(4)将步骤(3)的浆料真空涂覆在堇青石载体上，烘干后在1000℃烧结，即得到所述用于一氧化碳转化的催化剂。
38.对比例1
39.本对比例提供了一种用于一氧化碳转化的催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
40.(1)将0.1mol(20.4g)异丙醇铝溶解于10mol(180ml)水中，60℃搅拌1h，
41.(2)同时添加0.01mol盐酸(0.8ml的12m盐酸水溶液)、0.003mol硝酸镧和0.002mol硝酸钇，然后80℃搅拌2h，得到改性氧化铝溶胶，
42.(3)将催化活性成分(70％硝酸铂和30％硝酸钯)、改性氧化铝溶胶、助剂(聚乙烯醇)和去离子水混合，使得催化活性成分的添加量为20g/ft3，催化活性成分与氧化铝的质量比为1:50，调节ph值为3.4，研磨至少24小时，
43.(4)将步骤(3)的浆料真空涂覆在堇青石载体上，烘干后在1000℃烧结，即得到所述用于一氧化碳转化的催化剂。
44.对比例2
45.本对比例提供了一种用于一氧化碳转化的催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
46.(1)将0.1mol(20.4g)异丙醇铝溶解于10mol(180ml)水中，60℃搅拌1h，
47.(2)同时添加0.01mol盐酸(0.8ml的12m盐酸水溶液)、0.003mol硝酸镧，超声辐射(140w，25khz)30分钟，然后80℃搅拌2h，得到改性氧化铝溶胶，
48.(3)将催化活性成分(70％硝酸铂和30％硝酸钯)、改性氧化铝溶胶、助剂(聚乙烯醇)和去离子水混合，使得催化活性成分的添加量为20g/ft3，催化活性成分与氧化铝的质量比为1:50，调节ph值为3.4，研磨至少24小时，
49.(4)将步骤(3)的浆料真空涂覆在堇青石载体上，烘干后在1000℃烧结，即得到所述用于一氧化碳转化的催化剂。
50.对比例3
51.本对比例提供了一种用于一氧化碳转化的催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
52.(1)将0.1mol(20.4g)异丙醇铝溶解于10mol(180ml)水中，60℃搅拌1h，
53.(2)同时添加0.01mol盐酸(0.8ml的12m盐酸水溶液)、0.003mol硝酸镧和0.002mol硝酸钇，超声辐射(140w，25khz)30分钟，然后80℃搅拌2h，得到改性氧化铝溶胶，
54.(3)将催化活性成分(70％硝酸铂和30％硝酸钯)、改性氧化铝溶胶、助剂(聚乙烯醇)和去离子水混合，使得催化活性成分的添加量为20g/ft3，催化活性成分与氧化铝的质量比为1:50，调节ph值为3.0，研磨至少24小时，
55.(4)将步骤(3)的浆料真空涂覆在堇青石载体上，烘干后在1000℃烧结，即得到所述用于一氧化碳转化的催化剂。
56.对比例4
57.本对比例提供了一种用于一氧化碳转化的催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
58.(1)将0.1mol(20.4g)异丙醇铝溶解于10mol(180ml)水中，60℃搅拌1h，
59.(2)同时添加0.01mol盐酸(0.8ml的12m盐酸水溶液)、0.003mol硝酸镧和0.002mol硝酸钇，超声辐射(140w，25khz)30分钟，然后80℃搅拌2h，得到改性氧化铝溶胶，
60.(3)将催化活性成分(70％硝酸铂和30％硝酸钯)、改性氧化铝溶胶、助剂(聚乙烯醇)和去离子水混合，使得催化活性成分的添加量为20g/ft3，催化活性成分与氧化铝的质量比为1:50，调节ph值为4.5，研磨至少24小时，
61.(4)将步骤(3)的浆料真空涂覆在堇青石载体上，烘干后在1000℃烧结，即得到所述用于一氧化碳转化的催化剂。
62.在空速3000h-1
、进口co浓度为1000ppm的条件下对实施例1-2和对比例1-4制备的催化剂的活性进行评价，结果如下表1所示。
63.表1
[0064][0065][0066]
从表1的结果可知，当未进行超声辐射时(对比例1)，催化剂的起燃温度和完全转化温度显著较高；当向氧化铝溶胶同时掺杂镧和钇时(对比例2)，提升了单独掺杂镧的情况下催化剂的性能；当氧化铝溶胶与催化活性成分混合液的ph值未落在3.4-4.2的范围内时，起燃温度和完全转化温度有不同程度升高。
[0067]
需要说明的是，本发明的说明书中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种用于一氧化碳转化的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将异丙醇铝溶解于水中，60℃搅拌1-2h，(2)同时添加盐酸、硝酸镧和硝酸钇，超声辐射30分钟，然后80℃搅拌2-4h，得到改性氧化铝溶胶，(3)将催化活性成分、改性氧化铝溶胶、助剂和去离子水混合，调节ph值为3.4到4.2之间，研磨至少24小时，(4)将步骤(3)的浆料真空涂覆在堇青石载体上，烘干后在1000℃烧结，即得到所述用于一氧化碳转化的催化剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)和(2)中，所述异丙醇铝、水、盐酸、硝酸镧和硝酸钇的摩尔比为1:100:0.1:0.03:0.02。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声辐射的功率为140w，频率为25khz。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化活性成分包括贵金属催化活性成分和/或非贵金属催化活性成分。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述贵金属催化活性成分包括铂、钯、铑或钌的盐或其组合，所述非贵金属催化活性成分包括锰、铁、铜或钴的盐或其组合。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，催化活性成分的添加量为2-30g/ft3。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，催化活性成分与氧化铝的质量比为1:50。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述助剂的添加量为1wt％。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述助剂包括聚乙烯醇、聚乙二醇、正丁醇或其组合。10.一种用于一氧化碳转化的催化剂，其通过权利要求1-9中任一项所述的方法制备。

技术总结
本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种用于一氧化碳转化的催化剂及其制备方法。本发明提供了起燃温度低、完全转化温度低、工业应用范围广的一氧化碳催化剂，其以堇青石作为催化剂载体，并通过改性氧化铝涂层提高载体的比表面积，贵金属或非贵金属作为活性组分，助剂的加入提高活性组分的分散度，增强催化剂的催化能力。改性后的氧化铝、活性组分和助剂配成浆液，通过真空涂覆的方式将浆液负载在堇青石载体上，经烘干焙烧后可得到成品催化剂。经烘干焙烧后可得到成品催化剂。


技术研发人员：张倩倩 岳建华 李勋栋
受保护的技术使用者：山东源林硅瓷新材料有限公司
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/8/5