[发明专利]一种α/γ-Al2O3负载纳米贵金属颗粒催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料科学领域，特别是涉及反应合成技术制备α/γ-Al₂O₃负载纳米贵金属颗粒催化剂浆料。

背景技术

催化技术作为现代材料工业的基础，正日益广泛和深入地渗透于石油炼制、化学、高分子材料、医药等工业以及环境保护产业中，起着举足轻重的作用。长期以来，工业上使用的传统催化剂往往存在着活性低、选择性差等缺点，同时常需要高温、高压等苛刻的反应条件，且能耗大，效率低，不少还对环境造成污染。

贵金属催化剂材料具有独特的催化活性、选择性和稳定性，使之在催化剂行业备受关注。在催化剂开发的初始阶段，曾对贵金属以外的5000种元素、化合物进行筛选，但是能够满足净化性能和耐久性的材料只有贵金属。由于贵金属资源短缺，价格昂贵，在开发具有更高性能催化剂的同时，也将如何降低催化剂的制造成本作为一项重要课题，为此非贵金属催化剂一度成为人们的研究热点。如以ABO₃型钙钛矿结构的复合氧化物为代表的贱金属催化剂及负载金属氧化物催化剂。大量的研究表明，非贵金属催化剂无论在起燃特性、空燃比特性，还是抗中毒能力等方面都难以与贵金属催化剂相媲美。公知的贵金属催化剂材料制备法主要有：

1)共沉淀法

共沉淀法是同时将贵金属源与催化剂载体源(通常为贱金属氧化物)加入反应体系中，在沉淀剂的作用下进行共沉淀。然后将沉淀经过老化、洗涤、抽虑、干燥、焙烧和还原制得催化剂。根据加料方式的不同可分为共沉淀法和分步沉淀法。共沉淀法有两种：将沉淀剂加入到贱金属盐与贵金属盐的混合液中称为顺加法，反之为逆加法。分步沉淀法是先将沉淀剂加入贱金属盐中，达到一定的pH值后，加入贵金属盐，再加入沉淀剂使其沉淀。一步沉淀法所制得的催化剂比表面积小，且贵金属离子掺入氧化物体相形成一种无序分布的无定形固溶体。

2)溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是将贵金属盐与贱金属盐在沉淀剂的作用下水解或醇解，制得水凝胶，然后在一定条件下将水凝胶转化为干凝胶或气凝胶。在凝胶的处理过程中，将水凝胶转化为干凝胶是关键。处理方法有普通干燥法和超临界流体干燥法。普通干燥法所制得的催化剂由于水凝胶在热处理过程中缩聚，从而造成塌陷，使得催化剂有比表面积减小，结构不稳定的缺陷，所得催化剂的活性不高；超临界流体干燥法由于不破坏凝胶原来的结构，因而制得的催化剂较普通干燥法所制得的催化剂有稳定的结构、高的比表面积，其性能明显具有优越性。缺点是由于超临界流体干燥一般都在较高压力下进行，所涉及的体系也比较复杂，对设备的要求较高，需要进行工业放大过程的工艺和相平衡研究才能保证提供工业规模生产的优化。

3)浸渍法

浸渍法是将贵金属盐通过浸渍负载在已有的催化剂载体上，然后经焙烧、还原等步骤制得催化剂。通常所用的催化剂载体主要有α/γ-Al₂O₃，通常能有效地分散附载在载体上的活性中心，有利于催化剂活性提高。

目前，贵金属催化剂以PtPdRh三金属三效催化剂为主，其性能虽然优越，单纯用上述三种元素做催化剂时贵金属用量很大，尤其是贵金属作为一种体材料，而催化反应的主要区域这在表面，这就造成了较大的浪费，不能使昂贵的贵金属性能充分发挥。而以氧化物作为载体的贵金属催化剂材料目前通常的制备方法是通过各种化学试剂共沉淀，或以贵金属试剂制的前驱体，通过烧结使其发生分解在氧化物的表面。其形成结构较稳定，综合性能较好，但其缺点是贵金属与氧化物一起既作为催化反应的材料，同时也分布在载体内部，这一方面造成一部分贵金属的浪费，而且通常制备的这类型贵金属含量偏低，且贵金属在表面的分布状态和尺寸会受到有害气体的影响，在催化较长时间后表面的贵金属颗粒会团聚长大，催化性能下降很快。

发明内容