[发明专利]一种稀土基高熵固溶体催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及稀土催化剂技术领域，尤其涉及一种稀土基高熵固溶体催化剂及其制备方法。

背景技术

稀土元素是指元素周期表中原子序数为57到71的15种镧系元素，以及与镧系元素化学性质相似的钪(Sc)和钇(Y)共17种元素。稀土元素在石油、化工、冶金、纺织、陶瓷、玻璃、永磁材料等领域都得到了广泛的应用，随着科技的进步和应用技术的不断突破，稀土的价值将会越来越高。

稀土氧化物具有顺磁性、晶格氧的可移动性、阳离子的可变价以及表面酸碱性，这些性质与许多催化作用有本质的联系。因此，利用稀土元素特有性质改进催化剂的性能成为催化剂研究的热点。尤其是以立方萤石结构存在的CeO₂通过Ce⁴⁺/Ce³⁺之间的还原为催化反应提供氧，其结构中氧空位的存在促进了氧的储存和移动，而且CeO₂的存在可以提高催化剂的热稳定性，改善催化剂的抗中毒能力，从而可以进一步提高催化剂的活性。

虽然稀土氧化物对某些化学反应显示出一定的催化活性，并可通过纳米化制备减小其颗粒尺寸、增大比表面积或调变表面晶面组成等提高其催化活性，但还是远低于反应所需的理想状态，而且稀土氧化物的热稳定性也不能令人满意，在高温下容易烧结，从而导致催化活性的下降。因此，通过在稀土氧化物中引入其他组分形成固溶体、特定结构的复合氧化物，以及将稀土氧化物作为载体负载其他活性组分等来提高它的性能是一个有效的途径，一直受到研究者的关注。

目前，现有稀土基催化剂包含2～4种活性成分，催化剂成分简单，比例固定，具有单一的晶相结构，催化活性有待进一步提高，催化应用领域有待进一步拓宽；现有稀土基催化剂一般采用化学纯物质人工制备而成，不利于环境保护，并且生产成本过高导致催化剂价格昂贵，使现有稀土基催化剂在催化中的使用成本过高，不利于放大生产推广应用。

因此，本领域的技术人员致力于在天然稀土矿物中开发一种低廉易得、催化活性好的稀土基催化剂及其制备方法，以改善稀土基催化剂在现有公开种的不足，满足应用需求。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有稀土基催化剂的成分简单，催化活性低，制备和使用成本高。

为实现上述目的，本发明提供了一种稀土基高熵固溶体催化剂，其包含以下重量(克)百分比的组分：

重量(克)百分比为50％～65％的稀土氧化物、重量(克)百分比为10％～20％的过渡金属氧化物、重量(克)百分比为20％～30％的碱土金属氧化物；

进一步地，所述稀土氧化物包括重量(克)百分比为10％～15％的La₂O₃、重量(克)百分比为25％～30％的CeO₂、重量(克)百分比为2％～5％的Pr₆O₁₁、重量(克)百分比为5％～10％的Nd₂O₃；

进一步地，所述过渡金属氧化物包括重量(克)百分比为10％～15％的Fe₂O₃；

进一步地，所述碱土金属氧化物包括重量(克)百分比为20％～25％的CaO；重量(克)百分比为1％～2％的BaO；

进一步地，所述固溶体催化剂还包括其他微量金属氧化物、非金属氧化物或载体；微量金属氧化物和非金属氧化物包括MnO₂、TiO₂、ZnO、SrO、Y₂O₃、Nb₂O₅；

本发明还提供了一种稀土基高熵固溶体催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、采用稀土精矿为原料通过酸法或碱法制备前驱体复合盐液；

步骤2、将步骤1制得的前驱体复合盐液加入负载剂，进行微波水热合成，得到负载的稀土复盐结晶；

步骤3、稀土复盐结晶焙烧分解成为氧化物，形成复合氧化物催化剂，得到高熵固溶体催化剂产品。

进一步地，所述步骤1中，酸法制备前驱体复合盐液具体步骤包括：将稀土精矿溶于10mol/L的硝酸水溶液中，通过磁力搅拌3～4h使稀土矿充分溶解，滤除固体得到前驱体复合盐液；

进一步地，所述稀土精矿与硝酸水溶液的重量体积比(克/毫升)为1:50～1:150；