[发明专利]一种PdO-PtS/SiO2

说明书

本发明所述的PdO‑PtS/SiO₂催化剂兼具耐硫性和高活性，在甲烷低温催化氧化反应具有独特的优势：表面PtS的存在可以保护PdO免受含硫物质的进攻，同时酸性的SiO₂载体本身不吸附酸性的含硫物质，这使得PdO‑PtS/SiO₂催化剂具备了完全抵御硫中毒的能力；由于Pt与Pd、S与O分别位于同一主族的相邻位置，这使得PtS不但可以保护PdO免受含硫物质的毒化作用，而且具备与PdO相似的催化活性。PdO和PtS双活性组分在甲烷低温催化氧化反应中表现出非常高的催化活性，Pd负载量为3％和Pt负载量为1％的PdO‑PtS/SiO₂催化剂在400℃时甲烷转化率接近90％。

(一)技术领域

本发明涉及一种兼具耐硫性和高活性的PdO-PtS/SiO₂催化剂及其制备方法，以及该催化剂在甲烷低温催化氧化反应中的应用。

(二)背景技术

天然气主要成分甲烷分子含有4个C-H键，但仅有1个C原子，燃烧甲烷获得每单位能量时产生的CO₂量最少，随着对CO₂排放的控制日趋严格，这使得天然气作为燃料在能源领域的发展前景十分光明。理论上，碳氢化合物的燃烧产物只有二氧化碳和水，但通常在火焰处还可以检测到煤烟、一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物(UHC)以及各种氮氧化物(NOx)。前三种物质都是不完全燃烧的产物，而氮氧化物(NOx)则是以空气为燃烧介质在高温条件下火焰燃烧必然的氧化产物。使用催化剂能够有效降低燃烧反应的活化能，使燃烧反应能够在1300K的温度以下充分进行，而在该温度以下NOx的形成可以忽略。因此，与传统火焰燃烧相比，催化过程的主要优点在于能实现甲烷的低温氧化，在不影响反应热的同时为控制CO、UHC和NOx的超低排放提供了可能。

负载PdO催化剂在甲烷低温氧化方面表现出最佳催化活性，但天然气中微量含硫物质(H₂S/SO₂)的存在使PdO活性相逐渐中毒转变为更稳定的无活性的PdO-SO_x物种，这类PdO-SO_x物种在低温条件下对催化剂的毒化作用几乎是不可逆的。以不吸附含硫物质(H₂S/SO₂)的酸性SiO₂为载体，以Pd_xS_y取代PdO构建的Pd_xS_y/SiO₂催化剂在甲烷低温催化氧化反应中表现出非常理想的耐硫性(余倩倩,马磊,含硫气氛下催化剂Pd_xS_y/SiO₂催化甲烷低温燃烧反应,化工生产与技术,22(2)(2015)12-15.)，这与Pd_xS_y和SiO₂在反应过程中均不吸附含硫物质(H₂S/SO₂)有关。但是，Pd_xS_y物种的甲烷低温催化氧化活性与PdO相比存在较大差距，负载量为5％的Pd_xS_y/SiO₂催化剂在400℃时甲烷转化率最高约为80％。基于以上背景，本发明提供一种低温下也兼具耐硫性和高活性的PdO-PtS/SiO₂催化剂的方法及其应用。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具耐硫性和高活性的PdO-PtS/SiO₂催化剂及其制备方法与应用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种PdO-PtS/SiO₂催化剂，所述PdO-PtS/SiO₂催化剂按如下方法制备得到：