[发明专利]一种负载型钯基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种负载型钯基催化剂及其制备方法和应用，所述负载型钯基催化剂包括尖晶石/氧化铝复合载体和负载在所述复合载体表面的活性组分钯，所述尖晶石/氧化铝复合载体通过镍、钴、镁、锌其中之一与铝共沉积或单独浸渍改性氧化铝表面制得，所述氧化铝包括γ晶型氧化铝，本发明以γ晶型Al₂O₃作为载体、镍、钴、镁、锌为助剂的钯基催化剂在高空速条件下，甲烷的催化完全氧化反应中具有更好的低温活性。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种负载型钯基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济的快速发展，能源需求日渐增大。天然气中硫、氮含量远低于其他化石资源，甲烷的碳氢比低，具有热值高、碳排放较低等优点，天然气做为能源化工原料，其应用呈现明显的上升趋势。但是，油气、煤炭开采过程中存在大量逃逸的甲烷，交通运输燃气、城市生活燃气及电厂燃气等燃烧尾气中也存在大量低浓度(0.1-1％)的甲烷。甲烷的温室效应是CO₂的21倍，是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，亟需研发高效的催化完全氧化技术，实现能源开采与应用过程中低浓度甲烷的消减。

贵金属催化剂较非贵金属催化剂具有更优异的低温活性和抗中毒性能，其中贵金属的催化活性顺序为Pd＞Pt＞Rh＞Au。其中Pd催化剂对于甲烷完全氧化反应具有较高的催化活性，氧化催化性能最好，作为负载型甲烷低温氧化催化剂应用的最多。氧化物负载型Pd基催化剂催化活性与载体明显相关，并按以下顺序降低：SnZrAlGaInTiSiYNb等，其中由于γ-Al₂O₃具有优异的比表面积和孔结构性质，且价格低廉，是最被广泛运用的载体。

CN103203233A公开了一种金属钯为活性组分的甲烷催化燃烧钯基催化剂，载体为以拟薄水铝石为铝源制备的中孔氧化铝为载体。载体采用焙烧制备，钯负载方式为等体积浸渍。其中介孔氧化铝的比表面积为200～400m²/g，孔容为0.2～0.8cm³/g，孔径为3～10nm；活性组分钯的含量为催化剂总重量的0.1％～1％，在较低空速下能实现甲烷完全转化率，但是在较高空速条件下，催化剂活性较差。

CN107262093A公开了一种氧化镧改性氧化铝负载的贵金属基甲烷催化燃烧催化剂，所述活性组分的外部包覆有为其提供氧空位的包覆层为金属氧化物层，还包括催化助剂铈锆固溶体，制备工艺繁复。

CN108993560A公开了一种耐水耐高温甲烷氧化催化剂及其制备方法。催化剂由0.5～5wt％PdO、1～10wt％BaCO、85～98.5wt％AlO组成，其中AlO与BaCO的摩尔比为16.5～190.7；BaCO/AlO与PdO的摩尔比为7.8～81.4；BaCO与PdO摩尔比为1.25。制备方法包括：(1)将Ba前驱体浸渍于AlO材料上，经空气焙烧后形成BaCO/AlO载体；(2)将Pd前驱体浸渍于(2)制得的载体上，经过空气干燥和焙烧后制得一种PdO/BaCO/AlO耐水耐高温甲烷氧化催化剂。

甲烷作为一种温室气体，可用催化完全氧化技术(MOC)净化，即在催化剂的作用下将CH₄完全氧化为H₂O和CO₂，技术的关键在于催化剂的研发。认可度较高的是贵金属催化剂，钯基催化剂受到更广泛的关注。但目前，如何在高空速高水汽含量条件下实现甲烷的低温催化完全氧化仍然困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负载型钯基催化剂及其制备方法和应用，本发明以γ晶型Al₂O₃作为载体、镍为助剂的钯基催化剂在高空速条件下，甲烷的催化完全氧化反应中具有更好的低温活性。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：