[发明专利]一种复合烧绿石催化剂的制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂制备技术领域，采用溶胶凝胶共生法制备了一种复合烧绿石型La₂Zr₂O₇/70％Co₃O₄催化剂，制备方法工艺简单、成本低廉，将制备得到的复合烧绿石型La₂Zr₂O₇/70％Co₃O₄催化剂应用于固定床反应器的风排瓦斯气的催化氧化反应中，具有良好的催化活性和稳定性，其T₁₀、T₅₀、T₉₀分别为335.9℃、428.3℃、544.9℃。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，更具体的说是涉及一种复合烧绿石催化剂的制备方法和应用。

背景技术

在煤炭开采过程中，需要大量空气(约100-300m³/s)稀释地下煤矿煤层工作面释放的CH₄，包含在地下煤矿的大型通风气流中排出的CH₄，以确保CH₄浓度低于5％的爆炸下限，其浓度通常小于2％，将这种气体称为风排瓦斯气。

在过去的250年，大气中甲烷的浓度增加了151％，甲烷主要来自农业、能源、工业和废物处理行业。煤炭开采中甲烷排放量占能源行业甲烷排放量的22％，每年排放到大气中的甲烷量约为190亿立方米，而且每年都在增加。甲烷作为一种温室气体，破坏臭氧层，恶化大气环境，其全球变暖潜能值(GWP)是二氧化碳的25倍，因此，煤炭开采过程中向大气释放的风排瓦斯气对全球变暖具有严重的负面影响，尽管这部分甲烷的浓度很低，但它被认为是一种潜在的能源，一直没有加以很好的利用。然而，由于风排瓦斯气中甲烷浓度很低和极高的流速，使得甲烷的氧化较为困难，很难利用常规技术加以利用。

目前针对风排瓦斯气的利用主要有热氧化技术和催化燃烧技术，热氧化技术是通过高温(1000℃)使其自燃，其主要的缺陷是高工作温度(1000℃)以及因此带来相关的矿区高温的安全问题，催化燃烧技术不仅可以在较低的反应温度下进行催化燃烧，而且避免了高温下N₂和O₂反应生成对大气有害的NOx，烧绿石型催化剂具有良好的热稳定性和高温催化活性，但目前还没有将其应用于风排瓦斯催化燃烧中的技术的报道。

因此，如何提供一种具有优良活性和高耐热性，且可用于风排瓦斯气燃烧催化反应的催化剂是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有良好风排瓦斯催化燃烧性能的复合烧绿石催化剂，将该催化剂应用于风排瓦斯催化燃烧反应中，具有较低的风排瓦斯完全转化温度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种复合烧绿石催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取La(NO₃)₃·6H₂O、Zr(NO₃)₂·6H₂O、Co(NO₃)₂·6H₂O和柠檬酸充分溶解于去离子水中，得到混合液；

(2)将所述混合液在水浴锅中恒温水浴加热，充分搅拌后形成湿凝胶前驱体；

(3)将所述湿凝胶前驱体置于点热烘箱中烘干，形成干凝胶；

(4)将所述干凝胶研磨后置于马弗炉中焙烧，冷却至室温，取出、研磨成粉末状，得到复合烧绿石La₂Zr₂O₇/70％Co₃O₄催化剂。