用于一氧化碳常溫催化氧化的氯化鈀–氯化銅催化劑及制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于CO常溫催化氧化的PdCl2–CuCl2催化劑及其制備方法。該催化劑以PdCl2和CuCl2為活性組分，以過渡金屬元素改性的活性氧化鋁為載體，其中過渡金屬元素為Cu或Co的一種或一種以上。過渡金屬元素改性的活性氧化鋁載體采用浸漬法制備。通過等體積浸漬法將PdCl2和CuCl2擔載在載體上，高溫焙燒后得到所要的催化劑。該催化劑可在常溫（0~30℃）、低濃度（0~200ppm）、高空速（30000~100000mL/(g·h)）條件下催化氧化CO，適用于道路隧道或地下停車場等半封閉空間中低濃度CO的消除。
【專利說明】用于一氧化碳常溫催化氧化的氯化鈀-氯化銅催化劑及制備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于CO常溫催化氧化的PdCl2 - CuCl2催化劑及其制備方法。該催化劑適用于常溫((T30°c)、低濃度(0-200 ppm)、高空速(3000(T100000 mL/(g.h))條件下CO的催化氧化，特別適用于道路隧道或地下停車場等半封閉空間中低濃度CO的消除。
【背景技術】
[0002]環境保護已經成為當今社會最為關注的熱門話題，機動車、工廠等排放的CO是空氣污染物的主要部分。環境中CO的存在具有很大的危害性，它可以和人體的血紅蛋白結合，削弱血紅蛋白的輸氧能力，從而損害人的中樞神經系統，導致人中毒甚至死亡。目前CO的消除方法主要是以催化氧化法為主，該方法因具有效率高、無二次污染、適用范圍廣等優點，已成為當前廢氣治理領域研究和應用的主流發展方向。制備高效、廉價的催化劑是催化氧化法的核心。
[0003]近年來，隨著科學技術的不斷發展，涌現出一系列新的催化劑制備技術，在制備高分散度、高均勻度的金屬氧化物和負載型金屬催化劑方面顯示出優越性，推動了 CO常溫催化氧化劑的研制。CO催化氧化催化劑的主要制備方法包括傳統浸潰法、溶膠凝膠法、共沉淀法、沉淀沉積法、化學氣相沉積法、離子交換法、溶劑化金屬原子浸潰法等。CO催化氧化催化劑可分為非貴金屬催化劑體系和貴金屬催化劑體系兩大類。雖然非貴金屬催化劑價格低廉，但是對于CO的常溫催化氧化 反應，非貴金屬催化劑主要存在以下問題:抗水性差，對水蒸氣十分敏感，表面吸附水后很快就失活；低溫催化活性很低，一般要在100度以上才能有良好的CO轉化率。
[0004]貴金屬催化體系中的負載型Waker-Typer催化劑(PdCl2 - CuCl2)在室溫條件下對一氧化碳具有很高的催化性能(中國發明專利CN101898137A)。Shen等采用NH3絡合浸潰法制備的Pd-Cu-ClxAl2O3催化劑，在_30°C時就能使400-1000 ppm的CO完全轉化(Y.Shen,et.al., Catal.Commun., 2010, 46, 8433-8435)。Feng 等研究了 Pd-Cu_Clx/Al203 催化劑在高相對濕度的條件下CO催化氧化的穩定性(Y.Feng, et.al.，Chin.J.Catal., 2013，34，923-931)。對于負載型Waker-Typer催化劑,尋找一種結構和性質穩定的載體,利用載體和PdCl2-CuCl2活性組分之間的相互作用力來提高催化劑對CO常溫催化氧化能力，實現CO在常溫、低濃度、高空速條件下的催化氧化消除。
【發明內容】
[0005]為克服現有技術的不足，本發明提供用于一氧化碳常溫催化氧化的氯化鈀-氯化銅催化劑及其制備方法。
[0006]一種用于一氧化碳常溫催化氧化的氯化鈀-氯化銅催化劑，該催化劑可在常溫下催化氧化一氧化碳，其特征在于，活性組分氯化鈀在催化劑中的質量百分比為I~3%，氯化銅在催化劑中的質量百分比為2~10%，余量為載體。[0007]所述載體為過渡金屬元素改性的活性氧化鋁，其中過渡金屬元素為Co或Fe中的一種或一種以上，過渡金屬元素含量在載體中的質量百分比為疒10%。
[0008]所述載體采用浸潰法制備，具體制備過程包括:
將活性氧化鋁浸潰于過渡金屬硝酸鹽水溶液中，浸潰2-6小時，然后30~80°C烘干，最后在200~500°C溫度下焙燒2~8小時。
[0009]所述催化劑采用等體積浸潰法制備，具體制備過程包括:
將氯化鈀和氯化銅溶解在氨水溶液中，在攪拌的條件下加入過渡金屬元素改性的活性氧化鋁載體，在30~80°C烘干，然后在200~500°C焙燒2~8小時。
[0010]與已有技術相比，本發明具有的實質特點是:
可以在常溫下((T30°c)實現低濃度一氧化碳(0-200 ppm)的有效消除；可用于高空速(30000^100000 mL/(g.h))條件；良好的抗鹵素毒化能力；采用浸潰法制備催化劑，制備方法簡單，重復性好；貴金屬用量低，催化氧化效率高，成本低，制備方法簡單，便于大規模工業化使用。
【具體實施方式】
[0011]以下對本發明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0012]對比例
1.7%Pd-3.4%Cu/A1203 催化劑的制備:將 0.142 g PdCl2 和 0.453 g CuCl2 溶于 10 mL 濃氨水中，在攪拌的條件下加入5 g的活性氧化鋁載體，在50°C干燥，然后在300°C馬弗爐中焙燒4小時。
[0013]催化劑評價方法:C0常溫氧化反應在常壓固定床U型反應器(內徑為11 mm)中進行性能評價。所用原料氣組分為:C0濃度為100 ppm，其余為空氣，總流量為500 mL/min，催化劑質量為0.3 g，對應空速為100000 mL/(g.h)。常壓固定床U型反應器放置在30°C恒溫水浴槽內，原料氣體直接通過催化劑床層。使用一氧化碳分析儀(Thermo, Model 48i)進行產物分析，儀器的最低檢測限為0.04 ppm。
[0014]測試結果表明，在100000 mL/ (g *h)下，1.7%Pd_3.4%Cu/A1203催化劑對CO的凈化效率為73.2%。
[0015]實施例1:
5%Co-A1203載體的制備:將活性氧化鋁浸潰于Co (NO3)2水溶液中，控制Co含量為載體總重量的5%，在50°C干燥，然后在300°C焙燒4小時。
[0016]1.7%Pd-3.4%Cu/5%Co-A1203 催化劑的制備:將 0.142 g PdCl2 和 0.453 g CuCl2 溶于10 mL濃氨水中，在攪拌的條件下加入5 g的5%Co-A1203載體，在50°C干燥，然后在300°C馬弗爐中焙燒4小時。
[0017]催化劑評價方法同對比例。測試結果表明，1.7%Pd-3.4%Cu/5%Co-A1203催化劑對CO的凈化效率為85.7%。
[0018]實施例2:
將實施例1中Co (NO3) 2換成Fe (NO3) 2，控制Fe含量為載體總重量的5%，其余制備方法同實施例1，可制得1.7%Pd-3.4%Cu/5%Fe-Al203催化劑。
[0019]催化劑評價方法同對比例。評價結果表明，1.7%Pd-3.4%Cu/5%Fe-Al203催化劑對CO的凈化效率為85.2%。
[0020]實施例3:
將實施例1中Co(NO3)2換成Cu (NO3)3，控制Cu含量為載體總重量的5%，其余制備方法同實施例1，可制得1.7%Pd-3.4%Cu/5%Cu-A1203催化劑。
[0021]催化劑評價方法同對比例。評價結果表明，1.7%Pd-3.4%Cu/5%Cu-A1203催化劑對CO的凈化效率為63.4%。
[0022]實施例4:
將實施例1中Co(NO3)2換成Ni (NO3)2，控制Ni含量為載體總重量的5%，其余制備方法同實施例1，可制得1.7%Pd-3.4%Cu/5%N1-Al203催化劑。
[0023]催化劑評價方法同對比例。評價結果表明，1.7%Pd-3.4%Cu/5%N1-Al203催化劑對CO的凈化效率為68.5%。
[0024]實施例5:
將實施例1中Co(NO3)2換成Zn (NO3)2，控制Zn含量為載體總重量的5%，其余制備方法同實施例1，可制得1.7%Pd-3.4%Cu/5%Zn-Al203催化劑。
[0025]催化劑評價方法同對比例。評價結果表明，1.7%Pd-3.4%Cu/5%Zn-Al203催化劑對CO的凈化效率為69.8%。
[0026]實施例6:
將實施例1中Co(NO3)2換成Cr (NO3)3，控制Cr含量為載體總重量的5%，其余制備方法同實施例1，可制得1.7%Pd-3.4%Cu/5%Cr-Al203催化劑。
[0027]催化劑評價方法同對比例。評價結果表明，1.7%Pd-3.4%Cu/5%Cr-Al203催化劑對CO的凈化效率為72.4%。
[0028]實施例7:
將實施例1中Co (NO3) 2換成Mn (NO3) 2，控制Mn含量為載體總重量的5%，其余制備方法同實施例1，可制得1.7%Pd-3.4%Cu/5%Mn-Al203催化劑。
[0029]催化劑評價方法同對比例。評價結果表明，1.7%Pd-3.4%Cu/5%Mn-Al203催化劑對CO的凈化效率為65.0%。
[0030]實施例8:
將實施例1中Co(NO3)2換成Zr (NO3)4，控制Zr含量為載體總重量的5%，其余制備方法同實施例1，可制得1.7%Pd-3.4%Cu/5%Zr-Al203催化劑。
[0031]催化劑評價方法同對比例。評價結果表明，1.7%Pd-3.4%Cu/5%Zr-Al203催化劑對CO的凈化效率為72.1%。
【權利要求】
1.一種用于一氧化碳常溫催化氧化的氯化鈀-氯化銅催化劑，該催化劑可在常溫下催化氧化一氧化碳，其特征在于，活性組分氯化鈀在催化劑中的質量百分比為I~3%，氯化銅在催化劑中的質量百分比為2~10%，余量為載體。
2.根據權利要求1所述用于一氧化碳常溫催化氧化的氯化鈀-氯化銅催化劑，其特征在于，所述載體為過渡金屬元素改性的活性氧化鋁，其中過渡金屬元素為Co或Fe中的一種或一種以上，過渡金屬元素含量在載體中的質量百分比為2~10%。
3.根據權利要求1或2所述用于一氧化碳常溫催化氧化的氯化鈀-氯化銅催化劑，其特征在于，所述載體采用浸潰法制備，具體制備過程包括: 將活性氧化鋁浸潰于過渡金屬硝酸鹽水溶液中，浸潰2-6小時，然后30~80°C烘干，最后在200~500°C溫度下焙燒2~8小時。
4.根據權利要求1或2所述用于一氧化碳常溫催化氧化的氯化鈀-氯化銅催化劑，其特征在于，所述催化劑采用等體積浸潰法制備，具體制備過程包括: 將氯化鈀和氯化銅溶解在氨水溶液中，在攪拌的條件下加入過渡金屬元素改性的活性氧化鋁載體 ，在30~80°C烘干，然后在200~500°C焙燒2~8小時。
【文檔編號】B01J27/13GK104014353SQ201410229344
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】何丹農, 高振源, 趙昆峰 申請人:上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司