[发明专利]一种CO低温催化氧化催化剂及其制备方法与应用

说明书

(一)技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种Pt-Fe₃O₄/TiO₂催化剂及其制备方法，以及在CO低温催化氧化中的应用，磁性Fe₃O₄纳米颗粒的添加大大提高了催化剂对CO的催化氧化活性。

(二)背景技术

工业生产及汽车尾气中产生大量的挥发性气体，特别是汽车尾气，根据相关部门统计，空气中60％～70％的空气污染物来源于汽车尾气，其中排放气中就含有大量的CO。CO是一种无色无味、难溶于水的气体，它进入人体之后会和人体血液中的血红蛋白结合，进而排挤血红蛋白与氧气的结合，从而出现缺氧，导致人体中毒；另一方面，CO的物理、化学性质比较稳定，一般情况下不易将其消除。目前消除CO等挥发性气体最有效的办法就是通过催化氧化，所以制备高性能的催化剂对于消除CO至关重要。

在矿井生产中，因CO中毒引发的事故非常的多，所以做好防止CO中毒的工作迫在眉睫。传统的CO防护方法一般采用自救器、压缩氧和氧气发生器。其中自救器具有体积小、携带方便等优点，被广泛的应用于矿井的救护。但是由于CO催化反应是一个高放热反应，工人在佩戴时容易产生不适感，容易造成摘掉自救器而发生危险。因此，研究低温下使CO高效转化的催化剂，以防止因CO引起的中毒事故，对保障矿井安全生产有一定意义。

最近几年，能源问题日益突出，开发新能源成为人们关注的焦点，其中燃料电池由于清洁无污染等性质备受人们的关注。尤其是车载质子交换膜燃料电池(PEMFC)，一般在80～120℃下工作。燃料电池所需的H₂原料来自于车载甲醇或者烃类进行重整制氢得到，同时伴随着CO等副产物的产生。一般而言，经变换反应后的富氢气体中，通常约含有25％CO₂，74％H₂，0.5％～1.0％CO和少量的H₂O。但是少量的CO就会对燃料电池中的Pt电极造成中毒而使燃料电池性能明显下降，所以需要在富氢体系中降低CO浓度至10ppm以内，选择合适的催化剂是该技术的关键之处。

Fe₃O₄是一种重要的磁性材料。在Fe₃O₄立方反尖晶石结构中，O^2-的四方体间隙位置有Fe³⁺占据，而八面体位置由Fe²⁺和Fe³⁺占据。位于八面体间隙的Fe²⁺和Fe³⁺之间的电子传递使得他具有独特的电学跟磁学性能。所以Fe₃O₄磁性材料，特别是纳米及微米级磁性粉体材料在磁流体、磁记录材料、催化剂领域有着重要的作用。

影响Fe₃O₄性能的主要因素包括以下几点：超顺磁性、矫顽力、磁饱和量、结晶度及粒径和形貌。目前四氧化三铁微粒的制备方法主要有物理方法和化学方法。采用物理方法制备的催化剂一般产品纯度低、形貌也不均一，所以一般不采用。采用化学法制备的纳米粒子一般质量较好，操作方法也比较容易，生产成本也较低。本文所用的四氧化三铁纳米颗粒，采用热分解法，硝酸铁在二缩三乙二醇(TEG)中加热分解制备得到纳米级四氧化三铁。其中TEG既是溶剂，又是还原剂，同时还有稳定纳米颗粒使其不易团聚的特点。

(三)发明内容

本发明的首要目的在于提供一种含有磁性Fe₃O₄纳米颗粒的组合型Pt-Fe₃O₄/TiO₂催化剂，本发明催化剂具有制备工艺简单，原料来源广泛且可回收利用，催化活性高，稳定性好等优点。

本发明采用如下技术方案：