[发明专利]一种光辅助热催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种光辅助热催化剂及其制备方法和应用。该催化剂包括载体和活性组分，活性组分包括第一活性组分和第二活性组分，第一活性组分包括Pd和Ce；第二活性组分包括Mn。本发明创造性地提供了一种适用于光辅助热催化燃烧的催化剂，将该光辅助热催化剂应用于催化燃烧时，可以活化催化剂自身的晶格氧，大幅加速氧溢流，使催化剂自身的晶格氧与甲烷、CO等气体发生反应，生成二氧化碳和水，反应物中的氧气不断吸附于催化剂表面形成化学吸附氧进而转变成晶格氧，从而保证催化燃烧反应正常进行。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种光辅助热催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

催化燃烧是借助催化剂在低起燃温度下进行无火焰燃烧，并将有机废气等氧化分解为二氧化碳和水的技术。催化燃烧的实质是活性氧参与的剧烈的氧化反应，催化剂活性组分被空气氧化，当活性氧分子与反应物分子接触时发生能量传递，反应物分子被活化，从而加速氧化反应的进行。催化燃烧具有起燃温度低、净化效率高、适应氧浓度范围大等优势，在有机废气治理、能量回收利用和发电方面受到人们的普遍关注。

催化燃烧技术的核心是选择合适的催化剂。由于催化燃烧温度较高，燃烧反应过程生成大量水蒸汽，且反应物中会存在少量杂质氯和硫，因此催化燃烧技术对催化剂要求很高，需要催化剂具备低温活性好、高温稳定性好、高比表面积、活性组分分散度高、抗烧结和抗水汽、氯和硫中毒能力。在实际应用中，燃烧催化剂的活性组分是以Pd、Pt等为主的贵金属，载体多为分子筛、α-氧化铝等。对催化剂进行改进仍然是催化燃烧的研究热点。

如今，随着工业的发展，大量使用的煤矿、天然气、汽油等燃料会产生甲烷、CO等有毒、有害气体。目前，对甲烷、CO等气体多采用催化燃烧的方法进行脱除，减少其对环境的影响。中国专利文献CN108722405A公开了一种具有核壳结构的纳米催化剂及其制备方法与应用，该催化剂包括活性组分，活性组分为贵金属纳米粒子和单独包覆每一贵金属纳米外部的包覆层，包覆层为锆、钇、镧系金属中至少两种金属的氧化物固溶体。该催化剂可以用于催化甲烷完全燃烧，起燃点可以低至350℃，并在490℃时即可催化甲烷完全燃烧。但该催化温度难以进一步降低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中催化剂催化甲烷、CO等小分子碳氢化合物燃烧的起燃温度难以进一步降低的缺陷，从而提供了一种光辅助热催化剂及其制备方法和应用。

为此，本发明提供了以下技术方案。

本发明提供了一种光辅助热催化剂，包括载体和活性组分；

所述活性组分包括第一活性组分和第二活性组分；所述第一活性组分包括Pd和Ce；所述第二活性组分包括Mn。

所述活性组分中Pd、Ce和Mn元素的总质量与载体的质量比为(0.1-10)：(5-100)。

所述第一活性组分中Ce和Pd的总摩尔量与第二活性组分中Mn的摩尔量的比例(0.2-15)：(0.01-1)。

所述载体包括埃落石纳米管、氧化铝、氧化硅中的至少一种。

所述载体为埃落石纳米管。

本发明还提供了一种上述光辅助热催化剂的制备方法，包括以下步骤，

(1)在分散后的载体中加入含Ce的溶液，调pH至9-11；

(2)依次加入含Mn的溶液和含Pd的溶液；

(3)在保护气体下反应30-120min后，经烧结得到光辅助热催化剂。

所述步骤(3)中，烧结的温度为400-800℃，时间为1.5-2.5h。

此外，本发明还提供了一种上述光辅助热催化剂和上述方法制备得到的光辅助热催化剂在光辅助热催化反应中的应用。