[发明专利]一种用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

第一步，按照Co/(Ce+Co)摩尔比小于1的比例，比例值不包括0和1两个点，将钴盐和铈盐加入到含有无机酸、聚醚类表面活性剂和十二烷基硫酸钠的叔丁醇溶液中搅拌至完全溶解，随后置于20-70℃条件下反应1-3小时，得到混合溶液；所述的聚醚类表面活性剂为P123、F108和F127中的任意一种；

第二步，将所得混合溶液置于液氮环境迅速冷冻，随后置于低温冰箱里继续冻实待用；

第三步，将第二步冻实后的物质进行冷冻干燥，得到半成品；

第四步，将第三步的半成品先在150℃空气条件下焙烧12小时，随后继续升温至目标温度并保持2-4h，即得到用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂；所制备的铈钴催化剂具有发达的介孔结构，孔径范围在2-5nm之间，催化剂中钴与铈以蠕虫状颗粒结构交联，Co、Ce元素相间、分布均匀。

2.根据权利要求1所述的一种用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂的制备方法，其特征在于：所述的铈盐为三价或四价的含结晶水铈盐，所述的钴盐为含结晶水二价钴盐，所述的无机酸为硝酸、硫酸或盐酸中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂的制备方法，其特征在于：所述的铈盐为含结晶水的氯化铈、硝酸铈和硫酸铈中的任意一种，所述的钴盐为含结晶水的硫酸钴、硝酸钴、氯化钴和乙酰丙酮钴中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂的制备方法，其特征在于：所述的铈盐为六水硝酸铈，钴盐为四水硝酸钴；无机酸为硝酸；聚醚类表面活性剂为P123。

5.根据权利要求1所述的一种用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂的制备方法，其特征在于：第一步中所述的混合溶液中，过渡金属盐与无机酸的摩尔比值为2～10；过渡金属盐与聚醚类表面活性剂的质量比为1～10；叔丁醇与过渡金属盐的摩尔比为10～50，其中过渡金属盐指钴盐和铈盐的总和。

6.根据权利要求1所述的一种用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂的制备方法，其特征在于：第二步中所述的置于低温冰箱里继续冻实，具体为-50℃环境中冷冻12h以上。

7.根据权利要求1所述的一种用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂的制备方法，其特征在于：第四步中所述的目标温度为350℃。

8.根据权利要求1所述的一种用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂的制备方法，其特征在于：第四步中所述的继续升温的升温速率为2℃/min。

9.一种用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂，其特征在于：采用权利要求1～8中任意一种制备方法制备得到；所制备的铈钴催化剂具有发达的介孔结构，孔径范围在2-5nm之间，催化剂中钴与铈以蠕虫状颗粒结构交联，Co、Ce元素相间、分布均匀。

10.一种用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂，其特征在于：应用于丙烷、丙烯和甲烷的完全催化氧化和VOCs的净化，具体包括以下步骤：

(1)将所述的铈钴催化剂装入微型固定床反应器中，反应温度控制在150～350℃之间；所述铈钴催化剂采用权利要求1～8中任意一种制备方法制备得到；

(2)控制气体的流量为100mL/min，氧气含量为20％，水含量为2％，剩余气体为N₂的反应条件下，控制空速为60000ml g^-1h^-1。