[发明专利]介孔CuO/Ce0.8Zr0.2O2催化剂的制备及在CO氧化中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有纳米结构的介孔Ce_0.8Zr_0.2O₂催化材料和CuO/Ce_0.8Zr_0.2O₂催化剂的制备，并将其应用于催化CO低温氧化，属于无机纳米催化材料领域。

背景技术

CO低温氧化在空气净化器、CO气体传感器、封闭式-循环CO₂激光器、烟草降害、CO防毒面具、密闭系统内CO的脱除以及环境污染控制尤其是汽车尾气控制中起到重要的作用；同时在燃料电池研究中，通过低碳醇和烃类部分氧化或水蒸气重整制得的富氢气常含有约0.5～3％(mol)的CO，CO的存在不但会引起燃料电池中毒而且还会与H₂竞争与氧的反应，从而导致燃料电池的效能大幅度降低，因此CO的低温氧化已经成为催化研究的热点问题。与非负载型金属催化剂相比，负载型金属催化剂使活性组分分散度更高、粒径更合适、载体与活性组分间还可能存在协同效应，这使得负载型催化剂具有更高的催化活性，因而CO低温氧化反应中多使用负载型催化剂。Au、Pt、Pb等贵金属催化剂具有优异的催化CO低温氧化活性，但因其价格昂贵、自然界中含量少和易发生硫中毒等原因，限制了其在工业中的广泛应用。用价格低廉的常规金属部分或者全部的取代贵金属作为催化剂成为了科研工作者热衷研究的课题，近年来人们发现CuO作为催化剂活性组分在催化CO低温氧化中具有很高的催化活性。二氧化铈是变价氧化物(Ce⁴⁺/Ce³⁺)具有n型半导体性质，有极好的储氧和释氧能力，是汽车尾气净化催化剂的重要组分。然而，CeO₂的热稳定性较差，而掺杂ZrO₂能提高CeO₂的储氧能力、氧化还原性能和热稳定性。1997年，Trovarelli等人报道Ce_0.8Zr_0.2O₂是所有Ce、Zr复合氧化物中结构最稳定的。从载体和活性组分两方面考虑，研制一种新型的具有优秀催化CO低温氧化性能的常规金属催化剂，尤其是Ce_0.8Zr_0.2O₂为载体负载CuO的催化剂是一个非常有意义的工作。

在已经公布的铈锆复合氧化物的制备方法及应用中：CN1349060A、CN1263868A、CN1387943A、CN1449863A、CN1263868A、USP6255242、USP6133194等能制备出具有一定储氧能力和热稳定性的产品，但是所得产品存在比表面积小、原料毒性较大、引入能导致催化剂活性下降的杂原子、操作时间长、工序繁琐等问题。论文Catal.Commun.8(2007)231-236用柠檬酸盐共沉淀法制备出CuO/Ce_0.8Zr_0.2O₂催化剂，其比表面低于31m²/g，无孔性，晶粒大，对催化CO低温氧化的活性也不是十分理想。

我们采用一种简便的方法，一步合成出具有纳米结构的介孔Ce_0.8Zr_0.2O₂粉体和CuO/Ce_0.8Zr_0.2O₂催化剂。所合成的催化剂孔径分布范围窄、比表面高、晶粒小且分布均匀。活性组分CuO的负载量易控，载体的高比表面能使更多的CuO实现高分散，并且高比表面和纳米尺度的粒子能提供更多的活性位并将提高其催化CO低温氧化的反应活性。该催化剂催化CO低温氧化活性测试结果表明其具有高活性。

发明内容