[发明专利]一种整体式金属复合催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及甲烷燃烧催化剂领域，尤其涉及一种整体式金属复合催化剂及其制备方法。

背景技术

甲烷是一种储量丰富、污染小、热效率高的绿色能源。甲烷的热值较高，为了可以使其得到充分的利用，大多会采用催化燃烧的方式来处理甲烷，以避免因使用火焰燃烧处理甲烷而产生氮氧化物和一氧化碳等环境污染物的问题。

在甲烷的催化燃烧中，非贵金属类催化剂由于成本低廉、热稳定性好，且起燃温度与贵金属相近等优点倍受青睐，尤其是钙钛矿型（CDO₃）催化材料。专利申请CN103182308A公开了一种采用溶胶凝胶法制备的钙钛矿/金属复合氧化物催化剂。该催化剂能够达到分子水平混合，不需要进行后期负载或物理混合，从而提高了催化剂的催化性能。专利申请CN101293200A公开了一种含钛双钙钛矿型甲烷燃烧催化剂的制备方法。发明中采用钛酸四丁酯、硝酸镧和硝酸镁经葡萄糖络合，煅烧制备用于甲烷催化燃烧反应。

但在实际使用中，发明人发现，由于上述专利申请中研究的钙钛矿催化剂多为粉末或颗粒式催化剂，即非整体式催化剂，使得可利用的比较面积较小，在进行催化燃烧时催化活性受到了一定限制，以致钙钛矿的低温催化活性并不理想，从而影响催化效率。

发明内容

本发明实施例提供了一种整体式金属复合催化剂及其制备方法，以提高甲烷燃烧的催化效率。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种整体式金属复合催化剂，所述整体式金属复合催化剂由钙钛矿包覆多孔基体表面而成，其中，所述钙钛矿的结构通式为：ABO₃，金属元素A为ⅡA族或镧系元素中的一种或多种，金属元素B为过渡金属中的一种或多种。

可选的，所述金属元素A选自镁、锶、镧和铈中的一种或多种；所述金属元素B选自铜、锰、锆、钇、铁和钴中的一种或多种。

一种本发明实施例提供的整体式金属复合催化剂的制备方法，包括以下：

（1）多孔基体的预处理；

（2）配制拟薄水铝石水溶液以及钙钛矿的可溶性盐溶液，并将二者进行混合，得到前驱水溶液；

（3）在所述前驱水溶液中加入有机络合剂，搅拌，并滴加硝酸，得到铝溶胶；

（4）将所述预处理的所述多孔基体置于所述铝溶胶中浸渍，得到整体式金属复合催化剂。

可选的，所述步骤（1）包括：将多孔基体依次置于氨水、硝酸铈水溶液中浸泡，取出，然后烘干、焙烧即可。

进一步的，所述步骤（1）具体包括：

将多孔基体置于质量分数为0.5%-50%的氨水中浸泡6-24小时，取出，除去多余氨水，然后在50-120℃下用0.1-10%的硝酸铈水溶液浸泡6-24小时，取出，在80-120℃下烘干0.5-6小时，然后在300-600℃下焙烧2-6小时。

可选的，所述步骤（2）包括：

a.配制拟薄水铝石水溶液;

b.按通式A₁x₁A₂x₂…A_nx_nB₁y₁B₂y₂…B_ny_nO₃配制金属元素A、B的可溶性盐溶液，其中∑xi=1，∑yi=1;

c.将b中配制的所述可溶性盐溶液加入到a中所述拟薄水铝石水溶液中，得到前驱水溶液。

可选的，所述步骤（3）具体包括：

在所述前驱水溶液中加入有机络合剂，搅拌搅拌1-6小时、充分混均，将体系温度调整至40-90℃，向溶液中以搅拌速度为200-700转/分钟滴加硝酸至完全形成溶胶，控制溶胶的pH值为3～7，继续搅拌1-6小时，陈化12-48小时，得到铝溶胶。

进一步的，所述有机络合剂的浓度为所述金属总离子浓度的0.3-3倍。

优选的，所述有机络合剂的浓度为所述金属总离子浓度的1-1.5倍。

可选的，所述步骤（4）具体包括：

将所述预处理的所述多孔基体置于所述铝溶胶中10-720分钟，除去多余液体，在50℃-140℃下烘干3-16小时，然后在300-600℃下焙烧2-6小时，最后在600-1300℃下焙烧2-6小时即可。