專利名稱：凹凸棒石粘土負載氧化銅催化劑及在一氧化碳氧化中的應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種天然凹凸棒石粘土負載氧化銅催化劑及其制備方法，并將其應用于一氧化碳催化氧化，屬于固體催化材料領域。
背景技術：
作為重要的環境污染物之一，一氧化碳的存在嚴重影響人類的身體健康，而且一氧化碳的消除對于環境和工業生產，如氣體凈化、煙草降害、安全保障等方面有著極為重要的意義，而催化氧化是一種簡單且行之有效的辦法。傳統的貴金屬催化劑雖具有優異的催化CO低溫氧化活性，但因其價格昂貴、自然界中含量少和易發生硫中毒等原因，限制了其在工業中的廣泛應用。CuO作為催化劑活性組分在催化CO低溫氧化中具有很高的催化活性，因此其成為近年來科研工作者研究的熱點。
凹凸棒石(Attapulgite)又稱坡縷石(Palygorskite)，世界上凹凸棒石粘土主要分布在中國、美國、西班牙、法國、俄羅斯、澳大利亞、英國、巴西、德國、尼泊爾和南非等國，中國是世界上凹凸棒石粘土儲量最大的國家。自1976年在江蘇六合小盤山首次發現凹凸棒石粘土礦之后，我國相繼在皖、川、魯、浙、貴、青、內蒙古、鄂、晉、冀、甘等省區發現了凹凸棒石粘土礦床(點)。因為凹凸棒石粘土具有特殊的纖維結構、高比表面積、不同尋常的膠體、吸附和脫色等性能，其被廣泛應用于化工、輕工、農業、紡織、建材、地質勘探、鑄造、硅酸鹽工業、原子能工業、環保及制藥等領域，有“千土之王”、“萬用之土”等美譽。近年來，凹凸棒石粘土在催化中的應用得到越來越多的關注，但是以其為載體負載納米氧化銅催化劑并將其應用到催化CO低溫氧化中的研究卻未見報道。綜合載體和活性組份的價格以及催化性能等多方面考慮，對以天然凹凸棒石粘土為載體負載氧化銅制備的常規金屬催化劑的制備方法以及催化應用的研究是一項具有重要意義的工作。
我們以天然凹凸棒石粘土為載體，采用沉積-沉降法制備了不同氧化銅負載量的CuO/Attapulgite催化劑。所合成的催化劑中活性組份氧化銅在載體表面分散均勻，具有很高的催化CO低溫氧化的反應活性。
發明內容
本發明的目的在于拓展天然凹凸棒石粘土的應用范圍并提供一種凹凸棒石粘土負載氧化銅催化劑的制備方法，采用簡單的沉積-沉降法制備出具有高活性的CuO/Attapulgite催化劑。CuO的負載量為8～28wt％，高分散在凹凸棒石載體表面，試驗條件溫和，操作簡單，原料易得。
本發明的另一目的在于將CuO/Attapulgite催化劑應用到催化CO低溫氧化中。
本發明中所用的天然凹凸棒石粘土是商品化的，原料易得。負載CuO的催化劑采用沉積一沉降法制得，具體制備方法包括以下步驟 室溫下，將一定量的Cu(NO3)2·3H2O溶解到去離子水中，劇烈攪拌下加入天然凹凸棒石粘土載體，繼續攪拌一段時間，緩慢加入0.25M的Na2CO3溶液至溶液pH值為8.0～10.0，攪拌得到的懸濁液1～3小時，過濾，洗滌，80～120℃烘干4～8小時，200～600℃焙燒3～6小時，制備出具有高的催化CO低溫氧化活性的CuO/Attapulgite催化劑。
本發明以天然凹凸棒石粘土為載體負載CuO的催化劑，對催化CO低溫氧化具有高的催化活性，最低能在120℃使原料氣中的CO完全氧化成CO2。因為載體凹凸棒石粘土價格低廉且易得、催化劑制備方法簡單，所以該催化劑體系具有較大的工業應用意義。
本發明的優勢在于 □以天然凹凸棒石粘土為載體，采用沉積-沉降法一步制備出CuO/Attapulgite催化劑，CuO負載量易控，操作簡單，載體及所用其它原材料價格低廉易得。
□制備的CuO/Attapulgite催化劑對一氧化碳低溫氧化的催化活性高。
□制備工藝和設備簡單，有很好的工業化生產前景。
具體實施例方式 實施例1 室溫下，按照CuO為8wt％的負載量將計算量的Cu(NO3)2·3H2O溶解到去離子水中，向該溶液中加入1克天然凹凸棒石粘土并充分攪拌使其分散均勻。劇烈攪拌下緩慢滴加0.25M的Na2CO3溶液至上述溶液中，直至pH值為9.0。繼續攪拌所得懸濁液1小時，抽濾，洗滌，80℃干燥4小時，200℃焙燒5小時，制備出CuO含量為8wt％的CuO/Attapulgite催化劑。
催化劑的活性評價在固定床連續流動微分反應器中進行，反應器為內徑7mm的不銹鋼管，催化劑裝填量為200mg，原料氣組成為含10％CO(體積比)的空氣，空速為11000ml h-1g-1，反應15分鐘后產物氣體中的CO和CO2含量經配有熱導池檢測器的GC-900A氣相色譜儀在線分析。一氧化碳轉化率達100％時的反應溫度為190℃。
實施例2 將實施例1中的CuO負載量8wt％變為12wt％，其它均同實施例1。一氧化碳轉化率達100％時的反應溫度為170℃。
實施例3 將實施例1中的CuO負載量8wt％變為16wt％，其它均同實施例1。一氧化碳轉化率達100％時的反應溫度為140℃。
實施例4 將實施例1中的CuO負載量8wt％變為20％，其它均同實施例1。一氧化碳轉化率達100％時的反應溫度為120℃。
實施例5 將實施例1中的CuO負載量8wt％變為24wt％，其它均同實施例1。一氧化碳轉化率達100％時的反應溫度為120℃。
實施例6 將實施例1中的CuO負載量8wt％變為28wt％，其它均同實施例1。一氧化碳轉化率達100％時的反應溫度為150℃。
實施例7 將實施例1中的催化劑焙燒溫度為200℃變為300℃，其它均同實施例1。一氧化碳轉化率達100％時的反應溫度為200℃。
實施例8 將實施例1中的催化劑焙燒溫度為200℃變為400℃，其它均同實施例1。一氧化碳轉化率達100％時的反應溫度為210℃。
實施例9 將實施例1中的催化劑焙燒溫度為200℃變為500℃，其它均同實施例1。一氧化碳轉化率達100％時的反應溫度為230℃。
權利要求
1.一種天然凹凸棒石粘土負載氧化銅催化劑，其特征在于它是負載在凹凸棒石粘土上的氧化銅顆粒，對一氧化碳低溫氧化的催化活性高。
2.根據權利要求1所述凹凸棒石粘土負載氧化銅催化劑的制備方法，其特征在于采用天然凹凸棒石作載體，用沉積-沉降法制備，制備過程中CuO負載量易控，操作簡單，原料易得。
3.權利要求2所述的催化劑的制備方法，其特征在于包括下列步驟將天然凹凸棒石粘土載體加入到溶解有計算量Cu(NO3)2·3H2O的水溶液中，緩慢加入0.25M的Na2CO3溶液并攪拌直至溶液達到一定的pH值，繼續攪拌得到的懸濁液，過濾，洗滌，烘干，焙燒，制備出凹凸棒石粘土負載氧化銅催化劑。
4.根據權利要求3所述的催化劑的制備方法，其特征在于加入Na2CO3溶液所要達到的懸濁液的pH范圍為8.0～10.0。
5.根據權利要求3所述的催化劑的制備方法，其特征在于混合懸濁液的攪拌時間為1～3小時，催化劑的烘干溫度為80～120℃，烘干時間為4～8小時。
6.根據權利要求3所述的催化劑的制備方法，其特征在于催化劑的焙燒溫度為200～600℃，焙燒時間為3～6小時。
7.根據權利要求3所述的催化劑的制備方法，其特征在于催化劑中CuO的負載量為4～30wt.％，焙燒時間為3～6小時。
8.按照權利要求1所述的催化劑的應用，其特征在于該催化劑用于催化CO低溫氧化的反應條件如下原料混合氣為CO的含量為10％(V/V)的空氣，總流量為33～67mL/min，活性測試連續操作，活性測試溫度為室溫～240℃。
全文摘要
本發明涉及一種天然凹凸棒石粘土負載氧化銅納米催化劑的制備方法，并將其應用于催化CO低溫氧化。采用沉積-沉降法在天然凹凸棒石粘土載體上負載氧化銅納米顆粒制備出高比表面納米催化劑。制備過程中CuO負載量易控，操作簡單，原料易得。所制備的催化劑催化CO低溫氧化活性高，具有較大的工業應用意義。
文檔編號B01D53/86GK101288847SQ200810053559
公開日2008年10月22日 申請日期2008年6月18日 優先權日2008年6月18日
發明者袁忠勇, 曹建亮, 王震宇, 明曰信 申請人:山東齊魯華信高科有限公司