[发明专利]一种负载型贵金属蜂窝催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于化工催化剂技术领域，具体为一种负载型贵金属蜂窝催化剂及其制备方法和应用。本发明负载型贵金属蜂窝催化剂，以堇青石蜂窝陶瓷为载体，利用含有铈、锆、铝、钛等元素的复合氧化物经改性后制备成浆料涂覆至蜂窝载体表面，经过配体改性的铂或/和钯溶液浸渍，并经高温焙烧后形成贵金属负载的规整催化剂。该催化剂具有涂层稳定性高、贵金属分散均匀、制备方法简单等特点，在含氧VOCs的催化燃烧过程中具有高催化活性，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于化工催化剂技术领域，具体涉及一种负载型贵金属蜂窝催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着人类社会的进步，工业生产得到了巨大发展，其生产过程中产生的挥发性有机化合物（VOCs）已成为一类主要的大气污染物。VOCs不仅对环境造成严重污染，而且严重威胁着人类的健康。特别是，有研究表明，含氧VOCs对大气不同层结臭氧和二次颗粒物生成产率及对近地层空气质量的影响十分明显。因此，发展VOCs治理技术具有重要意义。在过去的几十年里，催化燃烧技术已发展成为消除各种VOCs污染物最有效和应用最广泛的技术之一。在VOCs催化燃烧催化剂中，贵金属基催化剂具有较强的氧化还原性能，在各类催化燃烧催化剂中表现出优异的VOCs转化能力。但其价格高昂、易中毒、易烧结等缺点限制了其大规模的应用。因此，为降低贵金属含量、提高催化剂热稳定性，急需开发高分散、高活性及高稳定性的贵金属VOCs催化燃烧催化剂。

铈基复合氧化物具有晶格氧活性高、氧空位浓度可调等优点，在催化材料中被广泛研究。将其与贵金属结合，能够进一步提高贵金属的催化效率，同时氧空位结构有利于稳定其表面分散的贵金属原子，提高催化剂稳定性。YongWang等人（Science，2017, 358，1419-1423）报道了一种利用高温水蒸气处理的Pt₁/CeO₂催化剂用于低温CO氧化，研究发现高温水蒸气可以提高氧化铈表面晶格氧的活性，从而提高催化剂的催化效率。因此，提高载体晶格氧活性对调变催化剂活性具有重要作用。对氧化铈的掺杂修饰，形成固溶体结构，可以有效提高氧化铈基复合氧化物中晶格氧的活性。专利CN106732521A公开了一种采用喷雾进料的方法制备的铈锆固溶体材料，具有稳定的晶相结构及较高储氧能力及晶格氧迁移能力。然而，目前在规整催化剂的制备过程中，传统的制备方法，如浸渍法、共沉淀法难以达到上述效果，所制备的贵金属催化剂尚存在催化效率及稳定性的改善空间。

发明内容

本发明的目的在于针对现有VOCs催化燃烧过程贵金属规整催化剂效率及稳定性的不足，提出了一种活性高、稳定性好、制备过程简单的负载型贵金属蜂窝催化剂及其制备方法和应用。

本发明提供的负载型贵金属蜂窝催化剂，以200~400目堇青石陶瓷蜂窝为载体，在其表面涂覆铈基复合氧化物，再通过配体改性浸渍负载贵金属，并经高温焙烧后形成贵金属负载的规整催化剂。该催化剂具有涂层稳定性高、贵金属分散均匀、制备方法简单等特点，在含氧VOCs的催化燃烧过程中具有高催化活性。

本发明提供的催化剂，通过水解诱导沉淀法制备复合金属氧化物，能够促进固溶体结构的行程，使氧化物具有较高的表面晶格氧活性与储氧能力。另外，通过配体改性浸渍的贵金属，具有较高的分散性，与氧化物表面氧空位相互作用，能够增强贵金属在氧化物表面的稳定性，从而提高催化剂的活性与稳定性。该催化剂适用于含氧VOCs的催化燃烧，并且对低浓度VOCs催化燃烧过程具有较高的催化活性，具有良好的应用前景。

本发明提供的负载型贵金属蜂窝催化剂的制备方法，具体步骤如下：

（1）将铈前驱体溶解于蒸馏水中，在40-80℃剧烈搅拌条件下向其中添加锆、钛、铝的前驱体，调节pH值8~10并继续搅拌0.5-2小时，之后在60-90℃下静置陈化1-5小时，过滤后洗涤、干燥，并于350-500℃空气气氛下焙烧2-6小时，得到复合金属氧化物；

（2）将步骤（1）中所得复合金属氧化物制成浆料，涂覆于堇青石陶瓷蜂窝表面，并于350-500℃下焙烧2-6小时，得到氧化物涂覆蜂窝载体，其中氧化物质量含量为5~15%；