[发明专利]反相微乳液法制备六铝酸盐催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂的制备方法，具体地说是六铝酸盐型天然气燃烧催化剂及其制备方法。

背景技术

本世纪以来，天然气逐渐成为第一大能源而被越来越多加以运用。尤其是催化燃烧，由于具备稳定、节能、环保等优点，而受到科技界和产业部门的高度重视。然而，限制天然气燃烧技术产业化的技术瓶颈是催化剂性能没有达到要求，所以开发和研制催化性能好的反应催化剂是催化燃烧的关键。

传统贵金属催化剂已广泛用于氧化反应，其优点是起燃温度低，如高分散铂和氧化钯在高比表面γ-Al₂O₃上，对1％甲烷的起燃温度分别为400℃和250℃，但是其缺点是热稳定性差，在高于750℃温度下容易烧结或蒸发而失活，同时由于贵金属价格昂贵，限制了贵金属类天然气催化燃烧催化剂的高温应用。

过渡金属氧化物，如Co₃O₄、Mn₂O₃和碱金属氧化物，该类催化剂与贵金属催化剂相比，其高温热稳定性有所提高，而且，还具有价廉的优点。但是其活性较低。如Co₃O₄对甲烷的起燃温度为470℃。因此，该类催化剂也不是天然气催化燃烧催化剂的最优选择。

目前，研究较多的燃烧催化体系，如钙钛矿、铝硅酸盐，特别是六铝酸钡体系，具有β-Al₂O₃独特层状结构，其独特的结构能够使该类催化剂在1200℃～1500℃下仍能维持一定的比表面积，保持稳定的结构。另外，可利用过渡金属离子在较宽的范围内替代铝离子，可以大大提高其催化活性，从而在天然气高温催化燃烧中，表现出优良的抗烧结、高活性以及高温稳定性等性能。

制备六铝酸盐催化剂的方法很多，而且不同的制备方法对催化剂的性能有着很大的影响。通常采用溶胶-凝胶法和共沉淀法。国外有报道发展了以反相微乳液法为媒介，利用金属醇盐水解来制备高比表积的六铝酸盐类催化剂，制备的Mn-BHA和Ce-BHA的起燃温度对1％的甲烷为400℃，是目前研究的最佳的六铝酸盐类催化剂，然而，该方法要求工艺条件苛刻，成本昂贵，难以实现产业化生产。因此，必须通过简化工艺条件，降低制备成本的途径来得到同时具备高温稳定性和高温活性的六铝酸盐类催化剂。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种以反相微乳液为媒介，通过沉淀反应来制备六铝酸钡催化剂的工艺方法，并与传统的共沉淀制备工艺相比，明确了其优点。

本发明的另一目的在于，将过渡金属铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)等引入六铝酸钡的B位离子来部分取代铝离子，可以大大提高六铝酸钡催化剂的催化活性。

另外，将金属镧(La)和金属钙(Ca)引入六铝酸钡的A位离子来部分取代钡离子，在高温催化活性的前提下可以进一步提高六铝酸钡催化剂的高温稳定性。从而实现在简化的工艺条件下，制备出具有快速起燃、高温稳定性以及经济性等优良特点的天然气催化燃烧催化剂。

具体制备过程为

反相微乳液法制备六铝酸盐催化剂的方法，其特征在于包括以下顺序的步骤：

A，首先，分别制备过渡金属、碱土金属溶液和反相微乳液溶液。

B，其次，配制合适沉淀剂水溶液及其反相微乳液溶液。

C，将a，b两步所得溶液搅拌混合，得到沉淀，采用离心分离，洗涤，干燥得到六铝酸盐前驱物。

D，将c步得到的六铝酸盐前驱物经过500℃、1200℃两步焙烧，得到六铝酸盐催化剂。(BaM_xAl_11-xO_19-δ，La_yBa_1-yMnAl₁₁O_19-δ，Ca_zBa_1-zMnAl₁₁O_19-δ)

过渡金属与碱土金属的前身化合物，为无机盐类，均为硝酸盐类。

过渡金属、碱土金属的硝酸盐水溶液，滴加硝酸调节其酸碱度为pH＝1。

沉淀剂，是氨水溶液。

反相微乳液体系，是由表面活性剂为TX-100；助表面活性剂为正己醇或正庚醇；油相为环己烷或异辛烷；水相为硝酸盐水溶液、氨水溶液组成。

过渡金属以及碱土金属分别为：铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、镧(La)；钡(Ba)、钙(Ca)。