[发明专利]一种Cu/ZrO2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，特别涉及一种Cu/ZrO₂催化剂的制备方法。 

背景技术

ZrO₂具有优异的物理和化学性质，被广泛应用于各个领域。例如：其高温性能好，抗腐蚀性强，可用于陶瓷及耐火材料。 ZrO₂也是唯一一种同时具有酸性、碱性、氧化性及还原性的金属氧化物，表面和内部均容易产生氧空位，可与活性组分产生强烈的相互作用，具有良好的结构稳定性，在许多体系中均表现出良好的催化性能，特别是在CO氧化、NO还原等反应中也表现出良好的催化性能，引起人们的广泛关注。但ZrO₂与将来最有可能代替贵金属的铜组合后，其制备方法仍然采用负载贵金属时常用的浸渍、沉淀等多步合成法，这些方法存在周期长，原料利用率低，制备的Cu/ ZrO₂催化剂对NO+CO反应活性低的缺点，因此如何简化合成步骤且得到一种有利于活性物种高分散的催化剂是其制备中关键的因素。 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有Cu/ZrO₂催化剂合成方法中效率低、对NO+CO反应活性低的问题，提供了一种Cu/ ZrO₂催化剂的制备方法。 

本发明Cu/ZrO₂催化剂的制备方法如下： 

（1）将硝酸铜、正丙醇锆和柠檬酸溶解在蒸馏水中，得到金属离子浓度为0. 05～0.15mol/L的水溶液； 

（2）将浓度为40～80g/L的聚乙二醇水溶液滴入步骤一得到的水溶液中，搅拌8～12h，得混合溶液； 

（3）将混合溶液旋转蒸发制得凝胶，再将凝胶在60～80℃的真空烘箱中干燥6～12h，得到前驱体粉末； 

（4）将前驱体粉末在400～600℃的马弗炉中焙烧4～6h，即得Cu/ZrO ₂催化剂。 

所述步骤（1）中水溶液中Cu²⁺与Zr⁴⁺的摩尔比为0. 25～0.4：1，所述Zr⁴⁺与柠檬酸的摩尔比为1：1～2。 

所述步骤（2）中Zr⁴⁺与聚乙二醇之摩尔比为0. 0l：2～4g；所述聚乙二醇的分子量为2000～20000。 

本发明方法采用聚乙二醇辅助的一步溶胶凝胶法制备出应用于催化NO+CO反应的高活性催化剂。通过加入表面活性剂制备出具有孔结构的催化材料，同时能很大程度上提高其比表面积，增加了催化剂的活性位，使本发明制备得到的Cu/ZrO₂催化剂即使在高空速下也表现出优异的催化活性。 

本发明的催化剂应用于催化CO还原NO反应，反应气NO和CO浓度分别为4000ppm和5000ppm，He作平衡气，空速为50000 h^-1时，在200～300℃的条件下，NO和CO的转化率在70～100%。 

具体实施方式

具体实施方式一：  

本实施方式中Cu/ZrO₂催化剂的制备方法如下： 

（1）将0. 0025mol硝酸铜和0.0lmol正丙醇锆与0.0lmol柠檬酸溶解在100mL蒸馏水中； 

（2）将50ml聚乙二醇浓度为40g/L的聚乙二醇水溶液滴入步骤（1）得到的水溶液中，搅拌8h，得混合溶液； 

（3）将混合溶液旋转蒸发制得溶胶，再将溶胶在80℃的真空烘箱中干燥6h，得到前躯体粉末； 

（4）将前躯体粉末在450℃的马弗炉中焙烧6h，即得Cu/ZrO₂催化剂；其中步骤（2）所述聚乙二醇的分子量力20000。 

将本实施方式制备的Cu/ZrO₂催化剂应用于催化CO还原NO反应，反应气NO和CO浓度分别为4000ppm和5000ppm，He作平衡气，空速为50000 h ^-1时，气相色谱检测反应，测试温度为200℃，250℃和300℃的条件下，NO的转化率分别为77%．96%和100%。 

具体实施方式二：  

本实施方式中Cu/ZrO₂催化剂的制备方法如下： 

（1）将0. 004mol硝酸铜和0.0lmol正丙醇锆与0.0l5mol柠檬酸溶解在100mL蒸馏水中；