[发明专利]一种用于催化燃烧的贵金属钙钛矿型催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于催化燃烧的贵金属钙钛矿型催化剂及其制备方法。该催化剂的化学组成为A_xM_yB_zO_δ，其中A为Sr、La、Ca和Pr中的一种或一种以上，M为贵金属Pt、Pd、Rh、Ir和Ag中的一种或一种以上，B为Mn、Fe、Al和Ti中的一种或一种以上，x为A与阳离子（M+B）的摩尔比，其范围在0.6～0.95，y为贵金属M与阳离子（M+B）的摩尔比，其范围在0.005～0.02，z为B与阳离子（M+B）中的摩尔比，其范围在0.08～0.095，δ为氧离子（O^2‑）的化学计量比。催化剂采用溶胶凝胶方法制备，经过800～1200 ^oC焙烧100 h后，催化剂中贵金属的尺寸在0.1~2 nm之间，且不流失。该发明的催化剂可用于甲烷、丙烷、丙烯、芳烃等碳氢化合物的催化燃烧，具有制备方法简单，活性高，稳定性好的特点。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，涉及一种可用于甲烷、丙烷、丙烯、芳烃等碳氢化合物催化燃烧的贵金属钙钛矿型催化剂及其制备方法，可用于挥发性有机废气净化、机动车尾气净化等领域。

背景技术

随着我国工业化进程的加快，机动车尾气污染物排放、工业源挥发性有机废气的排放等对严重影响了大气环境质量。包括甲烷、丙烷、丙烯、芳烃等在内的碳氢化合物是机动车和工业源尾气排放的重要污染物之一，采用催化燃烧技术是有效控制碳氢化合物排放的重要手段，开发高活性、高稳定性的催化燃烧催化剂是该技术的关键。

用于催化燃烧的催化剂根据活性组分的不同，可分为贵金属催化剂和金属（复合）氧化物催化剂，其中负载型贵金属基催化剂因具有良好的催化燃烧活性而被广泛用于碳氢化合物的催化燃烧。在纳米尺度上控制制备贵金属催化剂不仅可有效提高贵金属的利用效率，降低其成本。但贵金属纳米颗粒在高温条件下的易发生烧结和流失，而导致催化剂的活性衰减，甚至失活。因此，在保证催化剂活性的前提下，提高其热稳定性是决定其能否实现工业应用的关键。

合成特殊结构的贵金属催化剂可提高催化剂的热稳定性能。Cargnello等人(Science. 2012, 337, 713-717.)制备了Pd@CeO₂/Al₂O₃核壳型催化剂，在经过850 °C焙烧后，Pd纳米颗粒未见明显的团聚现象。Zhan等人(Journal of the American ChemicalSociety. 2016, 138, 16130-16139)利用构建无机碳层的方法成功避免了Au纳米颗粒的烧结。但这类催化剂的操作方法复杂，难以实现工业化应用。

专利CN201510274648公开了一种用于催化燃烧的负载型钯催化剂及制备方法。该催化剂以贵金属钯作为活性组分，助剂为稀土氧化物，碱金属和碱土金属，载体为氧化锡，其中钯含量为催化剂总重的0.1%～5%，碱金属或碱土金属的含量为3%～10%。所制备的催化剂经600℃焙烧4 h后具有良好的甲烷燃烧活性。

专利CN201110388703公开了一种低浓度反应物催化燃烧的催化剂及其制备方法。该催化剂以贵金属Pd、Pt、Ru、Ir、Rh中的一种或几种组合作为催化剂的活性组分，以Mg、La、Fe、Mn、Ni、Co、Cr、Ca金属氧化物中的至少一种作为金属氧化物共载体；利用浸渍法、均相沉淀法、共沉淀法，热分解法中的任意一种方法，制备含有共载体的催化剂前体，在经过过滤、洗涤、干燥、焙烧、成型、再焙烧及还原后形成催化剂。值得注意的是该专利中并未针对提高贵金属热稳定性方面提出较好的方案。

专利CN201510040514公开了一种用于甲烷催化燃烧的催化剂及其制备方法，由CeO₂-Co₃O₄双组份载体和贵金属Pd组成，催化剂中CeO₂的质量百分含量为0.5％-5％，Pd的质量百分含量为0.1％-0.5％。然而，该催化剂的制备方法需要KIT-6作为模板剂，难以实现工业化应用。