[发明专利]用于甲烷催化燃烧的碳纳米管载钯催化剂、其制备及应用

权利要求书

1.一种用于甲烷催化燃烧的碳纳米管载钯催化剂，其特征在于：该催化剂包括载体和活性组分；载体为碳纳米管，活性组分为钯，钯颗粒的粒径为2~5nm；其中，钯含量占催化剂总重量的0.1~5wt%。

2.按照权利要求1所述用于甲烷催化燃烧的碳纳米管载钯催化剂，其特征在于：所述碳纳米管载体直径为8~100nm，长度为1~50μm，比表面积40~300m²/g。

3.按照权利要求1所述用于甲烷催化燃烧的碳纳米管载钯催化剂，其特征在于：所述钯含量占催化剂总重量的0.5wt%~2wt%。

4.按照权利要求2所述用于甲烷催化燃烧的碳纳米管载钯催化剂，其特征在于：所述碳纳米管载体直径为20~50nm，长度为10~30μm，比表面积80~210m²/g。

5.一种权利要求1所述用于甲烷催化燃烧的碳纳米管载钯催化剂的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

（1）碳纳米管载体的预处理：将纯化后的多壁碳纳米管加入到浓硫酸与浓硝酸体积比为3/1~1/1的混酸中，超声5~60min，搅拌下于50~160℃处理1~24h，洗涤过滤，水洗至滤液pH值为中性，于50~120℃干燥12~48h，得到预处理的碳纳米管载体；

（2）浸渍法制备Pd/MWNTs催化剂：依据载钯量需求，配制不同含量的氯钯酸溶液，将步骤（1）得到的碳纳米管浸于氯钯酸溶液中，搅拌浸渍1-24h；

（3）将步骤（2）得到的物料于50~120℃干燥12~48h；

（4）将步骤（3）得到的产物于200~600℃焙烧1~4h，得到碳纳米管载钯催化剂。

6.一种权利要求1所述用于甲烷催化燃烧的碳纳米管载钯催化剂的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

（1）碳纳米管载体的预处理：将纯化后的多壁碳纳米管加入到浓硫酸与浓硝酸体积比为3/1~1/1的混酸中，超声5~60min，搅拌下于50~160℃处理1~24h，洗涤过滤，水洗至滤液pH值为中性，于50~120℃干燥12~48h，得到预处理的碳纳米管载体；

（2）沉积沉淀法制备Pd/MWNTs催化剂：依据载钯量需求，配制不同含量的氯钯酸溶液，将步骤（1）得到的碳纳米管加入到氯钯酸溶液中，然后在超声搅拌下，使其在氯钯酸溶液中均匀分散成悬浮液，在搅拌的作用下将碱液滴加到碳纳米管的氯钯酸溶液中，搅拌反应1-24h；

所述的碱液为NaOH溶液、氨水、Na₂CO₃溶液，NaHCO₃溶液中的一种；

（3）步骤（2）反应完毕后，过滤，滤饼用去离子水反复洗涤，直到滤液为中性；

（4）将步骤（3）得到的滤饼于50~120℃干燥12~48h；

（5）将步骤（4）得到的产物于200~600℃焙烧1~4h，得到碳纳米管载钯催化剂。

7.按照权利要求5或6所述用于甲烷催化燃烧的碳纳米管载钯催化剂的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管的重量：混酸的体积为1：（50~300）。

8.按照权利要求5或6所述用于甲烷催化燃烧的碳纳米管载钯催化剂的制备方法，其特征在于：所述氯钯酸溶液为氯钯酸水溶液或氯钯酸乙醇溶液或氯钯酸丙酮溶液或氯钯酸异丙醇溶液。

9.按照权利要求5所述用于甲烷催化燃烧的碳纳米管载钯催化剂的制备方法，其特征在于：所述氯钯酸溶液的浓度以单质钯计算为1~30mg/ml，所述氯钯酸溶液与碳纳米管的比例为2~5mg。

10.按照权利要求6所述用于甲烷催化燃烧的碳纳米管载钯催化剂的制备方法，其特征在于：所述氯钯酸水溶液的浓度以单质钯计算为0.01~0.2mg/ml，所述氯钯酸水溶液与碳纳米管的比例为50~300ml/g。

11.一种权利要求1所述用于甲烷催化燃烧的碳纳米管载钯催化剂的应用，其特征在于：该催化剂用于以矿井通风瓦斯气治理或催化脱氧等煤层气治理为目的的甲烷催化燃烧过程或其他碳氢化合物以及VOC气体的催化脱除过程。

12.按照权利要求11所述用于甲烷催化燃烧的碳纳米管载钯催化剂的应用，其特征在于：该催化剂在使用前需在10%H₂-N₂混合气流中经200-500℃预处理1-4h，或用2%水合肼溶液还原24h。