[发明专利]介孔CuO－Fe2O3复合氧化物催化剂的制备及在CO氧化中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有介孔结构的高比表面CuO-Fe₂O₃复合氧化物催化剂及其制备方法，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

氧化铁是一种重要的过渡金属氧化物，在多个领域中具有广泛的应用。如α-Fe₂O₃因为具有较高的气敏性和磁性能而被广泛应用于检测空气中的可燃性气体、有毒气体和生物医学工程等方面。同时，由于α-Fe₂O₃具有光泽柔和、无毒、耐热、耐磨、化学稳定性好等特点，在轿车装饰材料、塑料、皮革、陶瓷等领域也得到了广泛的应用。其中，具有不同形貌的纳米结构α-Fe₂O₃，其作为催化剂或催化剂载体在催化中的应用也得到科研工作者的广泛关注，尤其是在催化CO低温氧化上的应用更是人们研究的热点。

一氧化碳是重要的环境污染物之一，它的存在严重影响人类的身体健康。所以，一氧化碳的消除对于环境和工业生产，如气体净化、烟草降害、安全保障等方面有着极为重要的意义，而催化氧化是一种简单且行之有效的办法。传统的贵金属催化剂虽具有优异的催化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。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，因此其成为近年来科研工作者研究的热点。目前，将CuO/Fe₂O₃催化剂体系应用于催化CO低温氧化的研究还很少。论文Catal.Commun.8(2007)1167-1171用共沉淀法制备出CuO/Fe₂O₃催化剂，其比表面较低，无孔性，晶粒大，不利于催化CO低温氧化的活性的提高。

我们采用一种简便的方法，合成出具有介孔结构的高比表面CuO-Fe₂O₃复合氧化物催化剂。所合成的催化剂孔径分布范围窄、比表面积高、粒径小且分布均匀。高比表面和纳米尺度的粒子能提供更多的活性位从而提高其催化CO低温氧化的反应活性，并且该催化剂催化CO低温氧化活性测试结果表明其具有高催化活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种介孔CuO-Fe₂O₃复合氧化物催化剂的制备方法。采用简单的方法制备出具有纳米结构的介孔CuO-Fe₂O₃复合氧化物催化剂，样品经焙烧后晶粒小，平均孔径为2.0～11.9nm，比表面高达349m²/g。其中CuO的摩尔百分含量为10～50％，百分含量易控，实验所用仪器简单、操作简单、成本低廉。

本发明的另一目的在于将该介孔CuO-Fe₂O₃复合氧化物催化剂应用到催化CO低温氧化中。

本发明中介孔CuO-Fe₂O₃复合氧化物催化剂的具体制备方法包括下述步骤：

室温下，称取一定量的CTAB溶解到去离子水中，超声分散。剧烈搅拌下按一定比例加入Fe(NO₃)₃·6H₂O和Cu(NO₃)₂·3H₂O，继续搅拌一段时间，加入0.2M的NaOH溶液至pH值为9.0，得到的悬浊液继续搅拌3～12h，90℃老化2～5h，热水洗涤，抽滤，90～120℃干燥6～12h，200～500℃焙烧3～5h，制备出介孔CuO-Fe₂O₃复合氧化物催化剂。