[发明专利]兼具超高活性和抗湿性的CO室温催化剂的制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种兼具超高活性和抗湿性的CO室温催化剂的制备方法，与传统的单一活性组分Pd/Al₂O₃或Au/Al₂O₃催化体系相比，Pd-Au/CeO₂-CuO/Al₂O₃催化体系兼具了Pd/Al₂O₃的抗湿性能和Au/Al₂O₃的超高催化活性。

背景技术

2010年8月5日，智利矿难事故中的矿用救生舱给全世界留下了深刻的印象。当33名矿工被困深井下长达60多天，最终借助于井工矿难救生舱，奇迹般得以生还。中国是世界煤炭生产第一大国，但也是煤矿事故频率较大的国家。矿用救生舱及避难硐室是井下煤矿和非煤井下矿山必备的救生设备设施。国家安监总局已经明确表示，要求2013年底前全国井工矿山都要建立井下紧急避险系统。在紧急避险系统中，《安监总煤装（2011）15号》文件对生存空间中一氧化碳毒害气体的净化进行了明确的要求，即在环境温度（-10℃-40℃）和湿度（相对湿度60%-100%）下，空气净化系统处理CO的能力应能保证在20分钟内将CO浓度由400ppm降到24ppm以下，在额定防护时间内确保一氧化碳浓度不超过24ppm。

此类一氧化碳催化材料主要有以下3类：Hopcalilte催化体系、Pd/Al₂O₃催化体系和Au/Al₂O₃催化体系。其中，Hopcalilte是最早用于消除环境气体中的CO毒害气体的催化剂，是以活性MnO₂和CuO按一定比例制成的颗粒状复合氧化物，其优势是制备成本低，缺点是用量大、配套设施负荷重、不抗湿（相对湿度高于45%时迅速失活）；Pd/Al₂O₃催化体系是以Pd为活性组分，Al₂O₃为载体制成的一类贵金属催化剂，具有催化活性高、用量少、抗湿性能好等优点，缺点是成本较高；Au/Al₂O₃催化体系是近年来被研究者证明在室温下对CO具有超高活性的一类贵金属催化剂，但其缺点是不耐湿，即在密闭生存空间中人体散发出的水蒸气能够引起催化剂中毒失活。

为了减轻密闭救生空间中的设备负荷，以及最大限度地减少催化剂用量，最大限度利用救生舱宝贵的空间，可行的解决方案之一是：将Pd/Al₂O₃催化体系良好的抗湿性和Au/Al₂O₃催化体系超高的催化活性结合在一起，研制新一代CO室温催化体系。

类似的体系在专利CN 101698149 A中有所体现，它是以Au为活性组分，将Pd或Pt作为助剂制备而成的合金催化剂，Au活性组分覆盖于助剂Pd或Pt上，理论上Pd或Pt被Au隔离于反应体系之外，为单一活性组分体系，尽管催化剂的稳定性和活性有所提高，但未体现出对环境气体的抗湿性。

发明内容

本发明为了克服现有技术存在的不足，提供一种兼具超高活性和抗湿性的CO室温催化剂的制备方法，本发明的方法制备的CO室温催化剂能够在常规环境温度和湿度下高效脱除空气中的一氧化碳，该催化剂适用于密闭救生系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种兼具超高活性和抗湿性的CO常温催化剂的制备方法，包括如下步骤：Al₂O₃通过浸渍法负载Ce和Cu的化合物，浸渍时间不低于5小时，经干燥后于焙烧炉中升温至400-800℃焙烧2-6小时，制得CeO₂-CuO/Al₂O₃复合载体；CeO₂-CuO/Al₂O₃复合载体经浸渍法负载Pd与Au的化合物，经成化3-12小时，用pH值为8-10的碱性溶液进行置换反应，时间不少于5小时，并洗涤至滤液中检测无Cl离子为止；洗涤后的样品在50-100 ℃烘箱中干燥10-24小时后，置于加热炉中升温至250-400℃焙烧1-3小时，焙烧结束后在惰性气体保护下使样品温度控制在150-300℃，进行氢气还原处理1-6小时，制得Pd-Au/CeO₂-CuO/Al₂O₃催化剂；