[发明专利]高效低温催化甲烷完全氧化的钴稀土复合氧化物催化剂

说明书

技术领域

本发明属于催化领域，涉及一种可高效、低温催化甲烷完全氧化的催化剂及其制备方法。 

背景技术

CH₄的温室效应效果是二氧化碳的20倍，其燃烧温度为1600^oC，所以用传统的火焰燃烧法会产生大量的NO_x，CO等，可对大气造成二次污染。随着石油能源的枯竭和越来越严峻的能源危机，天然气因其储量大、价格较低、使用相对方便，在能源领域中占有越来越重要的地位。CH₄作为天然气的重要组成部分，其分子含一个碳原子和四个氢原子，相对于其它的碳氢化合物，它是一种高效洁净的能源。因此催化燃烧既是消除CH₄对大气的污染，又是可控利用天然气作为能源最行之有效的方法之一。而发展高效、稳定性好的催化剂为甲烷催化燃烧的关键。

目前，甲烷燃烧催化剂目前主要有负载型Pt、Pd贵金属催化剂和非贵金属催化剂如钙钛矿型(ABO₃)、六铝酸盐型(MO·6Al₂O₃)、尖晶石型(AB₂O₄)和其它简单复合氧化物催化剂。由于贵金属价格昂贵，发展含少量或不含贵金属的过渡金属氧化物作为甲烷燃烧催化剂，受到广泛关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、低温催化甲烷完全氧化的催化剂及其制备方法。

一种高效低温催化甲烷完全氧化的钴稀土复合氧化物催化剂，催化剂主要活性组分为尖晶石型Co₃O₄，稀土元素La, Ce, Y, Pr, Nd, Sm中的一种或几种混合稀土元素作为助剂。

所述钴稀土复合氧化物催化剂的制备方法，其特征在于采用共沉淀的方法，先配置0.5 mol/L的钴盐和稀土盐溶液，按摩尔比制成混合溶液，其中以Ln /( Ln +Co)摩尔比计Ln添加量范围为0-0.05；在室温下，加入沉淀剂在一定pH沉淀，老化后，过滤、洗涤、干燥，最后在空气气氛焙烧得到成品催化剂，催化剂比表面积为51-95m²/g。

为了达到更好的技术效果：

所述沉淀剂为1 mol/L的K₂CO₃或Na₂CO₃水溶液。

Ln/(Ln+Co)摩尔比计Ln添加量为0.05、且Ln为Y、Pr等摩尔比配制。

所述稀土盐为Co盐、La盐、Ce盐、Y盐、Pr盐、Nd盐和Sm盐；所述钴盐是Co(NO₃)₂·6H₂O溶于蒸馏水制得；所述稀土La盐、Ce盐是由La(NO₃)₃·6H₂O, Ce(NO₃)₃·6H₂O溶于蒸馏水制得；所述稀土Y盐、Pr盐、Nd盐和Sm盐是由Y₂O₃, Pr₂O₃, Nd₂O₃, Sm₂(CO₃)₃经硝酸溶解后制得。

所述pH范围为9-10。

所述老化处理包括充分搅拌和静置；所述焙烧温度为500 ^oC。

本发明还涉及所述钴稀土复合氧化物催化剂在低温催化甲烷完全氧化中的应用。

所述的应用，其特征在于在常压、反应气组成为1% CH₄, 4% O₂, 95% N₂，空速F/W为18,000 ml/(g cat h)，炉温为420-480 ^oC的反应条件下，实现CH₄的完全催化氧化；所述F为原料气体积流量，W为催化剂质量。

本发明催化剂的特点是：(1)催化剂甲烷的起燃和完全燃烧温度较低，活性高于实验室制备的2%Pd/Al₂O₃催化剂，且受水汽影响小，具有较高的实用价值。(2) 使用混合稀土盐作为稀土盐原料，减少稀土元素分离成本，大大降低催化剂生产成本。(3)与负载型贵金属催化剂相比，成本低廉 (4)催化剂制备方法简单易于操作，适合规模化生产。

具体实施方式