[发明专利]一种适用于水汽共存一氧化碳氧化的钯催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种适用于水汽共存一氧化碳氧化的钯催化剂的制备方法，属于钯催化剂制备技术领域。采用共沉淀‑沉积沉淀‑液相还原三步法制备催化剂，首先通过共沉淀法合成镍铝类水滑石载体，然后用沉积沉淀法将钯前驱体以沉淀物形式沉积到镍铝类水滑石载体表面，最后加入硼氢化钾溶液进行液相还原生成均匀分散钯纳米粒子，经过滤、洗涤、干燥后获得镍铝类水滑石负载纳米钯催化剂。本发明的制备方法简单，制备条件温和，钯负载率高，可实现钯的定量负载，获得的钯纳米粒子呈均匀分散状态，平均粒径为1.4 nm，钯纳米粒子与表面羟基之间的协同作用提高了水汽共存一氧化碳氧化的催化性能。

技术领域

本发明属于钯催化剂制备技术领域，具体涉及一种适用于水汽共存一氧化碳氧化的钯催化剂的制备方法。

背景技术

一氧化碳催化氧化广泛应用于汽车尾气处理、氢燃料电池气体净化、二氧化碳激光器气体纯化及封闭体系内微量一氧化碳消除、防毒面具等领域，具有良好的工业应用价值。但是在汽车尾气、封闭的潜艇及潮湿的矿井等许多实际应用场合中常存在一定量的水汽，会对催化剂的反应性能产生影响。目前已商业化的Hopcalite催化剂(40% CuO和60%MnO₂)存在的一个致命弱点就是抗水性差，在湿度较大情况下催化剂很快就会失活。因此，开发出一种在水汽存在条件下对一氧化碳氧化具有良好催化性能的催化剂至关重要。

与过渡金属氧化物相比，贵金属催化剂具有较好的耐水性能，其中，钯对一氧化碳和氧表现出优异的吸附活化性能，是一氧化碳氧化的最有效的活性组分之一。钯催化剂通常以金属氧化物如氧化铝为载体，通过浸渍法制备而得，即首先将载体浸渍于含有金属活性组分的溶液中，使活性组分吸附在载体上，然后经干燥、焙烧等步骤而制得催化剂。这种方法制备得到的催化剂往往金属分散度较低、粒径分布不均匀、活性和稳定性较差，且氧化物载体容易吸附水汽，影响催化剂的性能。因此，选择合适的载体和制备方法对提高钯催化剂的分散度和催化性能尤为重要。

近年来金属氢氧化物如氢氧化铁作为催化剂载体已引起越来越多的关注。与传统金属氢氧化物不同，类水滑石是一类由正价复合金属氢氧化物层板与层间阴离子组成的具有层状结构的二维纳米材料，它具有许多传统金属氢氧化物无法比拟的优点。首先，由于它独特的层状结构特点，类水滑石具有特殊的二维纳米效应如表面效应、小尺寸效应、量子限域效应、结构记忆效应、分子容器效应等。类水滑石特殊的高表面积，使其展现出低表面能的特征。因此制备时无需采用贵的辅助试剂及高能耗生产装备，便可得到具有纳米尺寸的层状材料。因其较低的表面能，类水滑石在实际应用中易于均匀分散，特别适合于高分散催化剂的制备。其次，类水滑石的层板由Mg(OH)₆八面体组成，具有一定的碱性，其表面丰富的羟基基团，可作为活性物种参与催化反应，起到助催化的作用。再次，由于类水滑石层板金属离子具有可调变性，可以设计不同的层板组成得到一系列组成可调的类水滑石。此外，类水滑石具有较好的热稳定性，其金属离子与羟基之间通过强烈的共价键结合而形成正价氢氧化物层板，层板与层间阴离子之间通过静电引力相互作用，层板羟基与层间阴离子、层板与层间水分子、层间水分子之间及其与层间阴离子还广泛存在氢键作用。一般低于200℃时，类水滑石仅失去结晶水而依然保持层状结构不被破坏。这些特点使得类水滑石有望成为负载型金属催化剂的有效载体。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种适用于水汽共存一氧化碳氧化的钯催化剂的制备方法，通过制备具有均匀分散钯纳米粒子和丰富表面羟基的镍铝类水滑石负载纳米钯催化剂，利用钯纳米粒子与表面羟基之间的协同作用提高水汽共存一氧化碳氧化的催化性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：