[发明专利]一种用于甲烷催化氧化的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及甲烷氧化催化剂，特别是涉及一种用于甲烷催化氧化的催化剂及其制备方法。

背景技术

现有贵金属类的甲烷催化氧化的催化剂对化学键O-O、C-H有很强的活化能力，使得原本很稳定的分子形成反应性能极强的自由基，从而触发链反应，因此，与非贵金属类的甲烷催化氧化的催化剂相比，具有更高的催化活性，但是，在实际使用中，由于贵金属存在稳定性差、易烧结等问题，一些通过改善负载贵金属的载体或是钯Pd与其它铂族金属铂Pt、锇Os、铱Ir、钌Ru、铑Rh中的至少一种共用制成双贵或多贵金属催化剂的方法，在提高其热稳定性方面都尚未获得显著的效果，且价格昂贵，一直难以工业应用。

现有非贵金属类的甲烷催化氧化的催化剂中的钙钛矿型(ABO₃)催化剂，与贵金属类的催化剂相比，成本低廉、热稳定性好，而起燃温度与贵金属类的相近，其中A为镧La和锶Sr、B为铁Fe、钴Co、镍Ni和锰Mn中的一种组成的钙钛矿型(ABO₃)催化剂对甲烷催化效果最好。华东理工大学工业催化研究所的崔士贞、郭耘、张志刚和卢冠忠发表的《La_xSr_1-xNiO₃的制备及在甲烷催化燃烧中的应用》(第十三届全国催化学术会议论文集，2006)，公开了采用柠檬酸硝酸盐法制备的催化剂La_0.9Sr_0.1NiO₃，起燃温度为335℃，完全转化温度为492℃，与Philippe O Thevenin，Ana Alcalde，Lars J Pettersson，Sven G José Luis Fierro发表在《Journal of catalysis(催化学报)》(2003，215[1]：78-86)的“Catalytic Combustion of Methane over cerium dopped palladium catalysts”公开的采用湿法浸渍法制备的掺杂Ce的2.5％Pd/γ-Al₂O₃的催化剂活性相近，但是，在强放热反应中，钙钛矿型(ABO₃)催化剂也存在高温易烧结、B位元素易流失等问题，同样难于工业应用。

中国专利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》，采用溶胶-凝胶法，络合剂是葡萄糖，其特征是：将与Mg离子的物质的量之比为1∶1的钛酸丁酯加入到不断搅拌的95％乙醇中，产生白色沉淀，钛酸丁酯与乙醇的体积比为1∶(1～2)，向其中滴加浓硝酸，浓硝酸与钛酸丁酯的体积比为1％～10％，直到沉淀完全溶解，得到透明的溶液；按物质的量之比为2∶1称取硝酸镧和硝酸镁，将上述硝酸镧和硝酸镁溶于去离子水中，硝酸镧和硝酸镁与去离子水的物质的量之比为1∶(50～200)，再向上述去离子水溶液中加入适量的葡萄糖，总的金属阳离子与葡萄糖的物质的量之比为1∶(1～4)，使其充分形成配合物溶液；再将上述制得的透明溶液加入到配合物溶液中，使其充分混合，然后在70℃水浴恒温搅拌，蒸发水分，在18h～36h之间成凝胶，将所得胶体干燥得干胶，在温度为500℃、800℃和1100℃空气中焙烧1h～5h后得La₂MgTiO₆催化剂，焙烧温度范围：500℃～1100℃。