[发明专利]一种甲烷燃烧催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂的制备方法，特别指一种甲烷燃烧催化剂的制备方法。

背景技术

随着全球范围内能源需求的不断增大，对天然气安全、高效、低污染的燃烧技术要求就显得非常重要。传统的天然气燃烧方式是火焰燃烧，其燃烧温度可达1773K～2273K，在此高温下可使空气中的氮转化为NOx，对环境造成严重的污染。天然气催化燃烧反应与传统的火焰燃烧反应相比，有起燃温度低、能源利用率高、环境友好等特点。天然气的主要成分是甲烷，甲烷催化燃烧材料的成功开发及利用对解决当前环境和能源问题具有重要意义，近年来开展甲烷燃烧催化剂的研究引起了国内外学者的广泛关注。

贵金属材料是活性最高的催化剂，但由于价格昂贵、热稳定性相对较差、易烧结，其在甲烷催化燃烧中的应用受到很大限制。负载型金属氧化物催化剂，往往在高温时存在活性组分与载体发生反应的情况，从而导致活性下降。复合金属氧化物催化剂由于具有很好的稳定性和活性，作为甲烷燃烧催化剂显示出较好的发展前景。

钙钛矿复合氧化物ABO₃具有特殊稳定的晶体结构，使得材料稳定性很好，而且原料来源广泛、成本较低廉，是贵金属催化材料的有益补充。现在人们已开发了多种钙钛矿型材料作为燃烧催化剂用于甲烷的催化燃烧。Wise等早于1990年在Catal.Today上报道了La系钙钛矿氧化物催化剂对甲烷催化燃烧的活性，发现催化剂LaCoO₃、LaFeO₃的甲烷催化燃烧活性最高，其次是LaMnO₃，而LaNiO₃、LaRuO₃的活性较低。Oliv和Forni等还发现钙钛矿复合氧化物催化剂SrTiO₃对甲烷催化燃烧反应也具有较好的催化活性，如果用少量Ag对A位的Sr离子进行取代，形成Sr_1-xAg_xTiO₃后活性和寿命得到进一步改善。

烧绿石型复合氧化物A₂B₂O₇是另一类高温催化材料。1997年厦门大学陈笃慧等人在厦门大学学报上就报道了含钐的锆基萤石型复合氧化物Sm₂Zr₂O₇与镧系钙钛矿型化合物一样，具有良好的促进甲烷燃烧的催化性能。2002年Jung等人报道，采用有机金属水解法合成出Sm₂Zr₂O₇催化剂，考察了它的甲烷催化燃烧活性。近年来Moon等发现锰掺杂在含钐的锡酸烧绿石复合氧化物(Sm₂Sn_1.8Mn_0.2O₇)对甲烷燃烧具有突出的催化性能。2008年Jie Cheng，HailinWang等考察了Co掺杂的烧绿石La₂Sn_1-xCo_xO₇对甲烷的催化燃烧活性，结果显示未掺杂的单相La₂Sn₂O₇活性相对较低，而掺入Co离子后，活性大大提高，其中La₂Co_0.5Sn_1.5O₇活性最优越。

钙钛矿和烧绿石都是具有稳定结构的高温材料，虽然其催化活性低于贵金属和一些简单金属氧化物催化剂，但是通过改进制备方法以及在A、B位掺杂可以不同程度地提高它的催化性能。但目前将烧绿石和钙钛矿共存的复合体系作为甲烷燃烧催化剂的研究未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种甲烷燃烧反应催化剂的制备方法。这种方法采用溶胶-凝胶法，制备一种钙钛矿与烧绿石共存的复合氧化物催化剂，将该催化剂应用于甲烷催化燃烧反应，能够在较低的温度下将甲烷完全催化燃烧。