[发明专利]一种负载型四氧化三钴催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种负载型四氧化三钴催化剂及其制备方法和应用。所述负载型四氧化三钴催化剂包括以下组分：贵金属、贵金属的氧化物和四氧化三钴，贵金属元素的质量与贵金属元素和Co₃O₄的总质量的比值为1~10：100，负载型四氧化三钴催化剂为一维结构。所述制备方法为：在二元醇体系中，钴盐与沉淀剂水溶液共沉淀，再加入贵金属盐溶液，经水热、干燥和焙烧得到负载型四氧化三钴催化剂，采用共沉淀法和水热合成法联用制备负载型四氧化三钴催化剂。该制备方法简单易操作，制备得到的催化剂形貌均一，稳定性良好，用于甲烷催化燃烧反应可以使CH₄在反应温度400 ^oC以下时，甲烷转化率可高达100 %，具有良好的甲烷低温氧化活性。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种负载型四氧化三钴催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

由于世界石油储量的日益下降，现在越来越多的研究的重点放在了发展替代能源上，而丰富的天然气能源成为了21世纪最有发展前景的能量来源。然而，甲烷作为天然气的主要组成部分，不仅在一些工业合成过程中作为一种副产物被合成，同时也是天然气燃料汽车和天然气发电厂主要的烃空气污染物，其温室效应是CO₂的21倍。目前，所研究的甲烷燃烧催化剂大多需要在较高温度(>400℃)下促使C-H键断裂，而该温度不能满足天然气发动机尾气排气的要求温度。

贵金属负载型催化剂对甲烷低温燃烧反应展现出良好活性，但是该类催化剂在高温时却没有较好的稳定性，且贵金属易于在较高温度下流失和烧结，致使催化剂活性下降。通过传统的浸渍法担载贵金属并不能很好的解决这些问题，原因在于这种方法普遍缺乏贵金属和载体之间的相互作用。Co₃O₄由于在众多催化反应中都具有良好的性能，是过渡金属氧化物中被最广泛研究的对象之一，例如甲烷氧化，CO氧化和NO_x还原反应。相比于传统的负载Pd催化剂，将Pd封装在二氧化铈(Pd@CeO₂)的核-壳催化剂显示出良好的稳定性和较高的催化活性。因此，探寻新颖结构的贵金属负载型四氧化钴催化剂对甲烷低温氧化的发展具有突破性的意义。

发明内容

本发明的目的是提供了一种负载型四氧化三钴催化剂及其制备方法和应用。所述负载型四氧化三钴催化剂包括以下组分：贵金属、贵金属的氧化物和四氧化三钴，贵金属元素的质量与贵金属元素和Co₃O₄的总质量的比值为1～10：100，所述负载型四氧化三钴催化剂为一维结构。所述制备方法为：在二元醇体系中，钴盐与沉淀剂水溶液共沉淀，再加入贵金属盐溶液，经水热、干燥和焙烧得到所述负载型四氧化三钴催化剂，采用共沉淀法和水热合成法联用制备负载型四氧化三钴催化剂。所述制备方法简单易操作，制备得到的催化剂形貌均一，稳定性良好，应用于甲烷催化燃烧反应可以使CH₄在反应温度为400℃以下时，甲烷转化率可高达100％，具有良好的甲烷低温氧化活性。同时，所述负载型四氧化三钴催化剂具有稳定性好、寿命长、耐水性好等优点，连续运转300小时以上无明显失活现象，具有良好的工业化应用前景。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明第一方面提供一种负载型四氧化三钴催化剂，其特征在于，包括以下组分：贵金属、贵金属的氧化物和四氧化三钴，贵金属元素的质量与贵金属元素和Co₃O₄的总质量的比值为1～10：100，所述负载型四氧化三钴催化剂为一维结构。

贵金属元素的质量与贵金属元素和Co₃O₄的总质量的比值为1～10：100，如1～1.5：100、1.5～3：100、3～5：100、5～6：100、6～9：100或9～10：100。

贵金属和贵金属氧化物为纳米颗粒，粒径<6nm。