[发明专利]用于丙烷治理的高温稳定性氧化钴/碳复合物的制备及产品和应用

说明书

本发明公布了一种用于丙烷治理的高温稳定性氧化钴/碳复合物的制备方法及其产品和应用，通过以MOF材料Zif‑67为前驱体，通过一步高温碳化热解获得可以保留前驱体拓扑结构形貌的氧化钴/碳复合物，先用硝酸钴和2‑甲基咪唑制备得到Zif‑67前驱体，之后在氮气氛围下一步高温碳化热解得到催化剂产物。制备方法简单，材料形貌可控，可完全保留前驱体的拓扑结构形貌。所得产物氧化钴/碳复合物，与其他方法制备的氧化钴相比，具有比表面积高、孔径可调的优势，在催化氧化丙烷等烷烃方面表现出较高的高温稳定性。

技术领域

本发明涉及一种用于丙烷治理的高温稳定性氧化钴/碳复合物的制备方法及其产品和应用，属于材料制备领域。

背景技术

挥发性有机化合物（VOCs）是主要的空气污染物，可以在低浓度下造成严重的环境污染。碳氢化合物（HCs）是VOCs的主要成分之一，由工业过程或移动源排放，并且大气中的释放量仍在不断增加。轻质烷烃如丙烷等是汽车尾气中HCs的主要部分，由于其分子结构的稳定性，它们的去除和降解十分困难。控制轻质烷烃的排放引起了相当多的关注，并且是目前最迫切和最引人注目的问题之一。

在少数可用于减少碳氢化合物排放的技术中，例如冷凝循环，吸附和燃料辅助燃烧等，催化燃烧被认为是最有效的手段，特别是在低气体浓度下和低工作温度下。但目前使用催化燃烧法去除丙烷过程中存在的问题是其高温稳定性较差。目前所开发的贵金属基催化剂对VOCs治理效果较好，但其价格昂贵且易中毒，抗烧结性能较差；而过渡金属氧化物的抗毒性和抗烧结性能较好，逐渐成为催化材料研究的主流。

近年来，以过渡金属基金属有机框架材料（MOFs）为前驱体制备金属氧化物催化剂也逐渐成为一种趋势，可有效提高材料的理化性质进而提升其催化性能。Zif-67作为MOF材料的一种，以Co元素为中心金属，在非均相催化、气体的吸附与分离、电化学等领域中有较大的应用前景。已有文献报道Zif-67在丙烷和丙烯的吸附分离中可起到关键性作用。

据此，本发明欲公布一种用于丙烷治理的具有高温稳定性的氧化钴/碳的制备方法。据我们所知，没有用此类方法制备用于治理丙烷的催化剂的专利或文献报道。同时，采用本方法提供的催化剂表现出优于目前文献中的报道结果。

发明内容

针对丙烷催化剂高温稳定性较差的问题，本发明目的在于提供一种用于丙烷治理的高温稳定性氧化钴/碳复合物的制备方法。

本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的用于丙烷治理的高温稳定性氧化钴/碳复合物产品。

本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。

本发明目的通过下述方案实现：一种用于丙烷治理的高温稳定性氧化钴/碳复合物的制备方法，以MOF材料Zif-67为前驱体，通过一步高温碳化热解获得可以保留前驱体拓扑结构形貌的氧化钴/碳复合物，之后在氮气氛围下一步高温碳化热解得到催化剂产物，包括如下步骤：

先用硝酸钴和2-甲基咪唑制备得到Zif-67前驱体：

第一步，将硝酸钴和2-甲基咪唑溶解于甲醇溶液，使硝酸钴和2-甲基咪唑的摩尔比为1:5-1:10，搅拌6h以上；

第二步，将第一步中的溶液通过离心收集沉淀，并用甲醇和乙醇反复洗涤；

第三步，将洗涤后的沉淀物置于鼓风干燥箱中干燥，控制干燥箱浓度为60~80^oC，至完全干燥，得到Zif-67前驱体；

高温碳化热解得到催化剂产物：

将Zif-67前驱体样品经研磨过筛，取一定量置于管式炉中通入氮气氛围中焙烧2h，焙烧温度为800℃，得到所需产物。

第一步中，硝酸钴的摩尔浓度为0.03-0.05mol/L。