[发明专利]一种钴-铝复合氧化物催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及催化剂制备技术领域，公开了一种钴‑铝复合氧化物催化剂及其制备方法和应用，分别以钴及铝的金属盐溶液为前驱体，以聚合物微球为模板剂，将所述模板浸泡在所述前驱体溶液中，经浸渍、焙烧即得所述钴‑铝复合氧化物催化剂，通过聚合物微球创建具有介孔和大孔结构的三维有序多级孔结构，增大了催化剂的比表面积，使所制备的催化剂具备较大的传输孔道，有利于反应物分子从各个方向进入孔道内，降低扩散阻力，从而提高了气体之间的对流传质效率，有利于所述钴‑铝复合氧化物催化剂的催化活性。同时，较大的传输通道还能有效避免分子在其孔壁或孔道上反应时发生堵塞而影响反应进程，提高了催化剂的催化转化效率。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，具体涉及一种钴-铝复合氧化物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

挥发性有机化合物，又简称为VOCs(Volatile Organic Compounds)，是指常压下沸点低于260℃，常温下饱和蒸气压在70Pa以上的易挥发有机化合物，主要包括醛、芳烃和卤代烃三大类，其普遍存在于室内外空气中。VOCs在光照条件下极易生成光化学烟雾造成温室效应及臭氧层破坏，其表现出的毒性、致癌、致畸和致突变作用会对人体的健康产生重大影响。目前VOCs的处理方法包括物理吸附、化学吸收、生物降解、催化燃烧、光催化还原以及热力燃烧等。其中，催化燃烧法因能耗低、转化率高及无二次污染等优点备受关注。

目前用于VOCs催化燃烧的催化剂主要有贵金属催化剂和非贵金属催化剂。贵金属催化剂如常用的Pt及Pd催化剂，其对VOCs的催化燃烧具有较高的低温起燃活性、催化氧化彻底、产物选择性高等优点，但也存在诸如：贵金属资源稀少、价格高昂、高温易烧结和流失、净化含S、Cl、N等杂原子的VOCs时易中毒等问题。非金属催化剂主要为含有Cr、Mn、Fe、Co及Cu等过渡金属的钙钛矿型和尖晶石型催化剂，其价格较低、稳定性好，对催化燃烧反应具有较高的活性，其中尖晶石型氧化钴(Co₃O₄)对VOCs催化燃烧的活性甚至可以与贵金属催化剂相比拟，而引起人们的广泛关注。

如现有技术公开了一种用于丙烷低温催化燃烧活性钴基催化剂的制备方法，其将Al₂O₃粉末加入到Co前驱体溶液中，采用共沉淀法得到钴基催化剂前驱体，再在高温条件下焙烧、表面还原及进一步高温处理制得所述钴基催化剂，虽然该方法制备得到的催化剂热稳定性好、表面活性氧化钴分散度好，但氧化钴负载量较低，活性位数受限，导致该催化剂的总体活性不高；另外，通过共沉淀将钴前驱体负载于氧化铝载体表面方法得到的催化剂不具备均匀有序的孔结构，不利于高空速条件下气体之间的对流传质过程，从而导致该催化剂对VOCs的催化燃烧活性低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有的用于催化VOCs燃烧的催化剂因不具备均匀有序的孔结构而导致催化剂催化活性低的缺陷，从而提供一种钴-铝复合氧化物催化剂的制备方法，由该方法制备得到的钴-铝复合氧化物催化剂催化活性高，具有介孔和大孔多级孔结构，比表面积大、钴铝尖晶石晶粒粒径较小。同时，本发明还提供了所述钴-铝复合氧化物催化剂的应用。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种钴-铝复合氧化物催化剂的制备方法，以钴及铝的金属盐溶液为前驱体，以聚合物微球为模板剂，将所述模板浸泡在所述前驱体溶液中，经浸渍、焙烧即得所述钴-铝复合氧化物催化剂。

进一步地，所述制备方法包括如下步骤：

将钴及铝的金属盐分散于水和乙醇的混合溶液中，形成金属离子溶液；

将所述聚合物微球加入至所述金属离子前驱体溶液中，静置、抽滤，所得固体经干燥、焙烧即得所述钴-铝复合氧化物催化剂。

进一步地，所述钴的金属盐为硝酸钴或氯化钴中的至少一种；所述铝的金属盐为硝酸铝或氯化铝中的至少一种。

更进一步地，所述钴的金属盐与所述铝的金属盐的摩尔比为(0.5～3):1；