[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

说明书

本发明公开了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，属于催化剂合成与应用技术领域。本发明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，然后冷冻干燥并焙烧，得到用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂。常规催化剂相比，本发明具有高活性、低成本和高稳定性等优点，通过Co与Ce的协同效应很好的提高了催化剂的催化活性和稳定性。本发明的铈钴催化剂在300℃以下，实现污染物的完全脱除。

技术领域

本发明涉及催化剂合成与应用技术领域，尤其适用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂及其制备方法，以及在挥发性污染物净化领域的应用。

背景技术

随着我国机动车保有量的逐年攀升，城市空气质量日趋恶化，机动车尾气控制已受到广泛关注。机动车尾气主要指颗粒物、CO、NO_x和碳氢化合物(HC)等。作为重要的挥发性有机物，HC可引起光化学烟雾、灰霾天气、臭氧层破坏等一系列生态环境问题，并严重威胁着人体健康。与其它移动源污染物相比较，HC具有种类多、降解难、毒性大等特点。因此，如何高效净化HC一直是当前研究的难题和关键。

针对HC治理的主流技术主要包括吸附和催化氧化法。然而，前者具有吸附易饱和，二次污染不可控以及难再生等问题。催化氧化法具有废气处理效率高、安全性高、耗能小、二次污染小等优点，是目前研究最多、使用最广的VOCs治理措施之一。其主要原理是：在催化剂的作用下，使污染物在较低的温度下彻底分解，并转换成无害的气体。因此，如何选取高效、低成本的催化剂是催化氧化技术的核心和关键。对于结构稳定的HC化合物来讲，将其完全催化氧化往往需要300℃以上，而除了成本较高的贵金属催化剂外，常规的钙钛矿、水滑石类催化剂很难在较低温度下实现污染物的高效去除。因此，开发高效、低成本的HC催化氧化催化剂具有重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂及其制备方法，可用于HC氧化和其它VOCs消除。

本发明的一种用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂的制备方法，包括以下步骤：

第一步，按照Co/(Ce+Co)摩尔比0～1的比例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(SDS)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。

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，以除去未分解的表面活性剂和其它残余物，随后继续升温至目标温度。即可得到本发明的用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂。

所述的铈盐为三价或四价的含结晶水铈盐，可为氯化铈、硝酸铈、硝酸铈铵和硫酸铈，优选硝酸铈；所述的钴盐为含结晶水二价钴盐，可为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴和乙酰丙酮钴，优选硝酸钴；无机酸可为硝酸、硫酸和盐酸，优选硝酸；聚醚类表面活性剂可为P123，F108和F127，优选P123。

所述混合溶液中，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。

通过上述方法制备得到所述用于丙烷完全氧化的铈钴催化剂，可应用于丙烷、丙烯和甲烷等烃类的完全催化氧化和其它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；

(2)控制气体的流量为100mL/min，氧气含量为20％，水含量为2％，可控制空速为60000ml g^-1h^-1。