[发明专利]低温CO氧化非贵金属催化剂

说明书

技术领域

本发明为一种能够在低温或常温下净化环境中的CO氧化非贵金属催化剂，主要用于防CO的煤矿自救器、防毒面具、高层建筑逃生面罩或用于防护CO的装置、CO₂激光器、CO传感器以及密闭环境中的CO的净化。

背景技术

过去长期使用的CO净化催化剂为Hopcalite(霍加拉特剂)。它1919年由美国约翰——霍普金斯大学和加利福尼亚大学共同发明的，由活性二氧化锰和氧化铜按一定的比例制成的催化剂。通常Hopcalite催化剂的制法是采用硫酸法。第一步是制造活性二氧化锰，系将硫酸锰细粉(70目以下)与少量的水混合，在不断搅拌下加入浓硫酸制成硫酸锰(在70％硫酸中悬浮液)。在温度为60℃时，以均匀速度，加上粒状高锰酸钾(32～50目)，控制反应温度在65～72℃之间，时间约为15～20分钟，在维持温度10分钟，然后将混合物以细流方式注入不断搅拌的水中进行水解。用倾析法，每次以几十倍于沉淀物之水洗4～5次，直至无硫酸根时为止。把污水碳酸钠沸溶液倾入二氧化锰悬浮液中，充分搅拌，再加入硫酸铜热溶液，继续搅拌15分钟，洗至无硫酸根时为止。接着沉淀、过滤、干燥、破碎成粉，加压成型。再在活化炉中，通干空气以270℃(或300℃)活化2小时，即可得Hopcalite催化剂。该催化剂是一种非载体型催化剂，其特点是价格相对低廉，能在室温环境下发生催化氧化作用。但存在明显的不足。主要是催化剂的活性越来越不能满足目前对该产品的性能要求，并且催化剂的活性重现性差；其次，制作时所用酸的浓度较高，一般都在60％以上，因此制作时的环境污染较大，不利于环境保护。所以很有必要对此加以改进。

负载的贵金属铂、钯催化剂一直也是催化CO氧化比较有效的催化剂。Pt/SnOx[StarkD.S.，Haris M.R.J.Phys.E 1988，21：715]早就被证明对催化CO氧化非常有效。不足之处是予处理比较复杂，且在室温下，不能起到有效的作用。贵金属铂、钯催化剂的制备主要使用的方法是等体积浸渍法，该方法比较简单，工艺上也比较容易实现。

Au/Fe₂O₃，Au/NiO等氧化物负载的金催化剂，对室温下CO氧化具有很高的活性[Haruta M.，Yamada N.J.Catal.1989，115：301]。安立敦等[中国专利申请公开号CN00122829]将金负载在单氧化物载体上，制备得到了能在环境温度(-10～40℃)和环境湿度下(相对湿度60％～100％)下具有良好催化活性、且能够满足防毒面具实用要求的催化剂。但是如果将金负载在单载体Al₂O₃上，一般得不到具有低温活性的负载金催化剂，如果将金负载在单独的过渡金属氧化物上，则制得的催化剂一般在实现工业化的过程中具有相当的困难。

发明内容

本发明针对现有非贵金属一氧化碳氧化催化剂的不足，提供一种制备工艺简单，制作时的酸浓度较低，污染较小的用于室温下净化CO的氧化催化剂，该催化剂不使用贵金属作为活性组份，而是采用非贵金属氧化物以及复合氧化物作为活性组份，即可获得具有很好低温CO氧化活性的催化剂。

本发明的催化剂由非贵金属氧化物和载体构成，催化剂活性组份负载量为金属元素重量换算值的5～80％；该催化剂用共沉淀法或沉积沉淀法来制备：

①共沉淀法：在常温下或者50～90℃，将铁、镍、锌、铜、钴、锡、铈或锰的硝酸盐溶液其中两种按照1～10∶10～1的重量比混合均匀，搅拌下逐滴加入到沉淀剂溶液中，形成共沉淀；

②沉积沉淀法：在常温下或者50～90℃，首先将载体放入水溶液中，制成悬浮液；加入另一种载体溶液，充分搅拌，滴加沉淀剂溶液；

催化剂的制备溶液，需充分搅拌1～8小时，老化1～16小时，在干燥后需在空气、氧气，氢气或氮气气氛中，100～500℃下进行原位处理。

采用共沉淀法制备操作步骤：在常温下或者50～90℃，将铁、镍、锌、铜、钴、锡、铈或锰的硝酸盐溶液中任意两种前体按照1～10∶10～1的重量比例混合均匀，搅拌下逐滴加入到沉淀剂溶液中，形成共沉淀。所选沉淀剂可能是Na₂CO₃、K₂CO₃、KOH、NaOH、尿素、氨水等溶液的任意一种，调节pH值为7～10，充分搅拌1～8小时，老化1～16小时，过滤洗涤，室温至150℃干燥，将烘干产品在150～500℃下，空气、氧气，氢气或氮气气氛中进行原位处理。