[发明专利]一种钴铝尖晶石负载Pd-Pt催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种钴铝尖晶石负载Pd‑Pt催化剂及其制备方法与应用，所述钴铝尖晶石负载Pd‑Pt催化剂的制备方法包括如下步骤：(1)混合钴铝尖晶石载体与去离子水，搅拌后得到悬浊液；(2)混合含钯前驱体、含铂前驱体和步骤(1)所得悬浊液，搅拌后得到混合浆液；(3)蒸发步骤(2)所得混合浆液，对所得固体依次进行烘干与焙烧，得到所述钴铝尖晶石负载Pd‑Pt催化剂。本发明所述钴铝尖晶石负载Pd‑Pt催化剂的制备方法简单，具有良好的催化性能，在高空速高温水热环境中具有较好的活性，500℃即可达到80％的甲烷转化率；具有较低的经济成本，贵金属负载量不高于1.25wt％。

技术领域

本发明属于催化剂材料领域，具体涉及一种Pd-Pt双金属催化剂，尤其涉及一种以钴铝尖晶石为载体的Pd-Pt双金属催化剂及其制备方法，以及该催化剂在天然气车尾气净化中的应用。

背景技术

随着天然气车的快速发展，天然气车尾气中排放的甲烷日益增多，且其温室效应为二氧化碳的20多倍，天然气车尾气中甲烷的净化问题亟待解决。目前天然气车尾气的净化主要采用的是Pd基催化剂，其在空燃比小于1时，即富燃条件下具有很好的甲烷催化氧化性能，但是当空燃比大于1时，即稀燃条件下对于甲烷的转化率却大幅降低。此外，天然气发动机实际工况复杂，Pd基催化剂难以维持长时间的稳定。研究表明，引入第二金属特别是贵金属钯形成铂-钯双金属合金，催化剂的稳定性显著提升。

CN 112007691A公开了一种铂-钯双金属催化剂及其制备方法与应用，该方法包括：将含钯前驱体溶液浸渍到催化剂载体上，浸渍后载体在空气气氛中与80-150℃下干燥6-18h；在空气气氛中于250-550℃下焙烧3-6h，降至室温后切换为氢气气氛升温还原，并在氢气或惰性气氛中降至室温制得催化剂前体-1；将含铂前驱体溶液浸渍到催化剂前体-1上，浸渍后催化剂前体-1在空气气氛中于80-150℃下干燥6-36h制得催化剂前体-2，然后于氢气气氛中还原升温，制得铂-钯双金属催化剂。该方法采用分步浸渍法制备催化剂，所述方法过程复杂，制备时间较长，且催化剂稳定性较差，贵金属的负载量较大，不利于工业化生产。

CN 107790123A公开了一种铂钯双金属催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将碳酸铂与碳酸钯混合搅拌，搅拌均匀后加入分散剂搅拌均匀就，得到混合固体；(2)将混合固体加入至反应釜中加入醇水混合物，密封加压反应2-5h，自然冷却形成悬浊醇液；(3)将悬浊醇液加入还原剂与反应剂，密封加热反应3-6h；(4)将步骤(3)的反应液进行过滤后采用去离子水超声清洗1-2次，然后烘干，得到白色沉淀；(5)将白色沉淀放入马弗炉中烘干烧结1-3h，直至变成白色粉体。该方法采用液相还原法制备铂钯双金属催化剂，该方法制备催化剂的活性中心粒径适宜和分步均匀，但是难以控制所制备活性中心的合金组成和结构，且制备工艺复杂难以大规模工业生产。

CN 104338530A公开了一种具有抗烧结性能的负载型金铂钯催化剂及其制备方法。所述催化剂的制备方法包括如下步骤：(1)合成具有三维孔空穴结构的多孔载体；(2)通过一步共同光沉积法将尺寸为10nm以下的金铂钯三金属纳米颗粒高度分散在多孔载体的孔道内，制得催化剂前体，所述金铂钯三金属纳米颗粒中铂与钯的重量比为1:4-2:1；(3)将步骤(2)制得的催化剂前体在700℃以上高温焙烧，制得具有抗烧结性能的负载型金铂钯催化剂。高方法通过精准调控不同金属很亮制备出具有均以稳定的铂钯合金纳米颗粒，提高负载型铂基多金属催化剂的抗烧结性能，但是合金的颗粒尺度较大(≤10nm)，且合金颗粒中个金属的分步难以精准控制。

综上所述，目前主要采用传统的钯基催化剂进行天然气车尾气中甲烷的催化净化，但是该催化剂在高温水热环境中容易发生活性物种PdO的烧结团聚，导致催化剂甲烷催化氧化活性降低。此外，目前用于制备铂-钯双金属催化剂的方法中，贵金属负载总量较高，为2wt％左右。因此，提高催化剂长期稳定性、减少贵金属负载量，已经成为本领域亟待解决的问题。

发明内容