[发明专利]碳包覆氧化镍的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种碳包覆氧化镍的催化剂及其制备方法和应用，制备方法包括步骤如下：提供一碳包覆镍的纳米复合材料作为原粉，向原粉中加入粘结剂混合得到湿料团；湿料团经干燥后在惰性气氛进行第一焙烧处理；第一焙烧处理后的产物进行成型处理；及成型处理后的产物在空气中进行第二焙烧处理，得到碳包覆氧化镍的催化剂。本发明通过以碳包覆镍的纳米复合材料作为原粉，采用特定工艺对其加工，可调节催化剂的比表面、孔体积、孔径，得到具有独特结构和组成的碳包覆氧化镍的催化剂，其具有优异的催化活性和良好的机械性能，可满足工业应用要求，对于催化分解一氧化二氮具有较优效果，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种碳包覆氧化镍的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

过渡金属氧化物具有优异的催化性能以及光电磁性能，是无机材料领域的研究热点。碳材料导电性好、化学/电化学稳定性好、结构强度高。对活性金属或金属氧化物的纳米颗粒用碳材料进行包覆处理，可有效的提高纳米材料的导电性和稳定性，并对纳米颗粒有限域的作用，使之不容易团聚。近年来，碳包覆金属纳米材料不仅在电催化、超级电容器材料、锂离子电池负极材料，以及生物工程等领域有广泛的应用，在催化科学领域也展现了良好的应用前景，特别是在氧化、还原和裂解等反应中均表现出优异的催化活性。

通常，碳包覆纳米材料的颗粒小、呈粉状且自身成型性能较差。但在工业应用中，特别是对固定床工艺而言，不仅要求催化剂具有一定的活性、选择性，而且对颗粒大小、机械强度等性能都有一定的要求。催化剂如果强度不够而碎裂粉化，容易导致反应过程中催化剂携带损失或堵塞装置，大幅增加催化剂床层压力降，甚至造成装置被迫停车。因此，碳包覆纳米材料必需经过成型处理，才能满足装填后的压力降、抗压强度和稳定性等工业反应要求。所谓成型处理就是将催化剂原粉以及成型助剂等原料通过外力相互聚集，制成具备一定大小、形状、比表面积、孔体积和机械强度的固体颗粒的工艺过程。成型工艺在一定程度上会对催化剂的活性、强度等性能有影响。例如，催化剂机械强度的提高，往往伴随着比表面和孔体积变小，反之，比表面和孔体积增大，容易使机械强度降低。工业生产中，在催化剂机械强度以及压力降允许的前提下，尽可能提高催化剂的表面积和孔体积，有助于反应物和产物的吸附、脱附、内扩散、外扩散等，利于催化剂的活性组分发挥催化作用。如何解决比表面积、孔体积及强度等性能之间的平衡，提高强度的同时又尽量不影响活性，是碳包覆纳米材料成型方法的研究重点。

N₂O是一种重要的温室气体，其全球增暖潜能(GWP)是CO₂的310倍，CH₄的21倍；此外，N₂O在大气中的的平均寿命约为150年，也是平流层中NO_x的主要来源，不仅能严重破坏臭氧层，而且具有很强的温室效应。

国内生产己二酸主要采用环己醇硝酸氧化法，环己醇经硝酸氧化生产己二酸，该方法技术成熟，产品收率和纯度都比较高，但是硝酸用量大，在反应过程中生产大量N₂O，且生产过程中排放的尾气集中、数量大、浓度高(36％-40％)。目前，采用环己醇硝酸氧化法年产15万吨己二酸，N₂O的年排放量可达4.5万吨。因此，净化己二酸装置的尾气，有效控制和消除N₂O已成为目前环境催化领域中的研究热点。