[发明专利]混合氧化物催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及包含锰的、铜的和稀土金属的氧化物的混合氧化物催化剂，特别地其可用于有机化合物(VOC)的充分氧化为CO₂和H₂O、氮低价氧化物(nitrogen protoxide)转化为氮气和氧气、以及来自燃料电池阳极的CO、H₂和CH₄废气的燃烧。

背景技术

美国专利5,260,248公开了包含锰的、铜的和镧的氧化物的催化剂，其组成以MnO、CuO和La₂O₃表示为60-75wt％MnO、15-23wt％CuO和10-18wt％La₂O₃。该催化剂的热稳定性不高于700℃：在任何情况下，高于钙钛矿类型催化剂(其为约650℃)的热稳定性。

典型的钙钛矿氧化催化剂具有通式LaMn_0.5Cu_0.5O₃(美国专利3,914,389)。

通过利用Mn、Cu和La的硝酸盐水溶液浸渍氧化铝，随后干燥和在400℃-700℃下煅烧而制备美国专利5,260,248的催化剂。

EP1197259A1描述了包含Mn的、Cu的和稀土金属的氧化物的混合氧化物催化剂，其组成以MnO、CuO和稀土金属的最低价态氧化物表示为14-88wt％MnO、10-66wt％CuO和2-20wt％La₂O₃。优选的组成是44-55wt％MnO、33-43wt％CuO和10-13wt％La₂O₃。

EP1197259A1的催化剂的制备，当负载于载体上时，在工业规模制备中，需要在利用硝酸镧的首次浸渍后进行两个浸渍步骤，其每个都是在干燥和在600℃煅烧之后进行的。

上述多步骤操作是昂贵的、是劳动密集的。

US2004/0151647A1公开了混合氧化物催化剂，其组成以wt％金属表示为：15-30％Cu、55-77％Mn和7.5-10％Ce，其中Ce可以用Pr或0.2-5wt％La代替。

发明内容

本发明的目的是提供混合氧化物催化剂，其适用于选择性氧化VOC化合物为CO₂，以及适用于氮低价氧化物分解为氮气和氧气，以及来自燃料电池阳极的CO、H₂和CH₄废气的燃烧，其即使在高温下老化之后也具有高热稳定性和高活性，并且在工业制备中在利用硝酸镧溶液浸渍之后不需要多于一个步骤的浸渍。

上述和其他目的将通过后面对本发明的描述而清楚。

具体实施方式

本发明的混合氧化物催化剂包含Mn、Cu和稀土金属的混合氧化物，其中稀土金属可以呈现多价状态，该混合氧化物催化剂的组成以MnO、CuO和选自镧氧化物和钕氧化物和其混合物的稀土金属氧化物表示为：35-56wt％MnO、19-31wt％CuO和20-37wt％La₂O₃和/或Nd₂O₃。

优选的组成是：40-48wt％MnO、26-30wt％CuO和26-30wt％La₂O₃。

氧化镧与Ce氧化物的混合物也是优选的；相对于La克原子含量，所述混合物的Ce克原子含量小于50wt％。

令人吃惊地，本发明的催化剂即使在高温下老化之后也比EP1197259A1的催化剂更具活性：因此具有较长的寿命，并且关于所述催化剂提供了更简单的制备方法，其在工业规模操作中在利用硝酸镧溶液进行浸渍之后不需要两个浸渍步骤。

该催化剂与描述于EP1197259A1中的催化剂都具有选择氧化VOC化合物为仅CO₂的能力。此外，它们在分解氮低价氧化物为氮气和氧气中、以及在来自燃料电池阳极的CO、H₂和CH₄废气的燃烧中，比EP1197259A1的催化剂更具活性。

形成催化剂活性组分的混合氧化物具有作为p型半导体(在这些半导体中，电导率根据Arrhenius定律随温度成指数增加，并且电荷载体是电子空位)的特征。在这些氧化物中，气态氧被化学吸附到表面上，并且与晶格氧一起参与氧化反应。