[发明专利]一种Al-SBA-15载体、Ag/Al-SBA-15催化剂、它们的制备方法及催化剂在防治环境污染中的应用

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米催化材料领域，具体涉及一种介孔二氧化硅载体Al-SBA-15及该载体的制备方法、由该载体和活性成分组成的Ag/Al-SBA-15催化剂及该催化剂的制备方法，以及催化剂在防治环境污染中的应用。

背景技术

聚合物电极膜燃料电极(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell，PEMFC)相对于传统的内燃机而言有较高的能量转化效率以及零污染排放的特点，因此PEMFC在为电动机供电上的应用受到了广泛的关注。目前，燃料电池的氢源主要由甲醇、天然气等碳氢化合物的水汽重整、部分氧化和热重整等技术得到。由于PEMFC的操作温度较低，铂(Pt)电极很容易被重整气中的微量一氧化碳(CO)(约1％)所污染。因此消除氢源中CO对PEMFC的应用十分重要。对于选择性催化氧化去除富氢气中的CO而言，关键是对CO的氧化，提高CO在催化剂上与O₂反应的性能(即活性)以及与氢气竞争氧的能力(即选择性)，同时还要求反应温度不能太高。

迄今为止，人们更多的是采用铂(Pt)、铑(Rh)、金(Au)等贵金属催化剂来催化氧化CO。从化学工艺及降低成本考虑，降低反应温度、寻求廉价金属和部分取代贵金属将是今后研究CO选择氧化的主要目标。众所周知，相对廉价的银是一种较好的乙烯环氧化催化剂。有报道称将银(Ag)负载在介孔二氧化硅(SiO₂)上，其对CO氧化有较好的催化反应活性(Zhang,X.D.；Qu,Z.P.；Yu,F.L.；Wang,Y.J.Catal.2013,297,264-271.)，但是这种催化剂在富氢气氛中使用时，CO的转化率较低，限制了其工业应用。

发明内容

本发明一方面提供了一种用于负载催化剂的载体以及该载体的制备方法。

本发明的催化剂的载体是一种掺杂了Al的SBA-15介孔载体，表示为Al-SBA-15。载体中的Si与Al的摩尔比为250～50：1，孔径为6.0～8.5nm，比表面积为350～600m²/g，总孔体积为0.50～1.50cm³g^-1。在一些实施方式中，Si与Al的摩尔比为200～50：1，孔径为6.5～8.0nm，比表面积为400～500m²/g，总孔体积为0.60～1.20cm³g^-1。

上述载体可采用原位合成方法，按以下步骤制备：

(1)将模板剂三嵌段共聚物P123(聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，PEO-PPO-PEO)加入到酸性溶液，在30-50℃下剧烈搅拌使其完全溶解；

(2)向上述溶解了P123的酸性溶液中加入硅源，搅拌2～6小时，再加入铝源，继续搅拌24～48小时，得到微乳液；

(3)将以上所得的微乳液置于密闭容器中在80～120℃下晶化24～48小时；

(4)用碱调节pH至3～9，之后再将微乳液置于密闭容器中在80～120℃下晶化24～48小时，洗涤、过滤、在60～120℃下干燥6～24小时；

(5)将以上得到的固体物，在空气气氛中在500-600℃下煅烧6～12小时，得到载体Al-SBA-15。

在上述方法中，酸性溶液例如可以是任何具有酸性的无机酸或有机酸，例如盐酸、硫酸、硝酸等的溶液，优选为盐酸溶液。

上述硅源例如可以是硅酸酯类化合物，例如正硅酸的低级烷基酯或正硅酸的正硅酸的低级烷氧基酯。正硅酸的低级烷基酯例如可以是正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯等，优选为正硅酸甲酯和正硅酸乙酯。正硅酸的低级烷氧基酯例如可以是正硅酸甲氧酯、正硅酸乙氧酯、正硅酸丙氧酯等，优选为正硅酸甲氧酯和正硅酸乙氧酯。

上述铝源例如可以是无机酸铝或有机酸铝，例如硫酸铝、硝酸铝、异丙醇铝等。

上述用于调节上述微乳液的pH值的碱例如可以是氨水、氢氧化钠等具有碱性的物质。

在一种制备载体Al-SBA-15的实施方式中，硅源、P123、盐酸的摩尔比为1：0.017：5.8，加入的铝源与硅源的摩尔比可在0.005～0.02：1的范围。