[发明专利]一种双掺杂型复合氧化物甲烷燃烧催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双掺杂型复合氧化物催化剂的制备方法，特别是指一种双掺杂型复合氧化物用于低浓度甲烷催化燃烧反应的催化剂的制备方法。

背景技术

我国煤层气资源十分丰富，但目前对煤层气的开采利用存在很大不足，总抽采率不到50％，且经过抽采后，仍有一多半煤层气通过矿井通风直接排放到大气中，称为风排瓦斯。风排瓦斯中含有甲烷气体，据初步估计，每年我国煤矿风排瓦斯损失的甲烷为161亿m³～200亿m³，追其原因，主要是由于风排瓦斯中甲烷含量一般不高于3％，由于甲烷浓度过低，利用技术难度大，目前，风排瓦斯主要排放到大气中，在世界各国几乎还没有得到充分的利用，虽然风排瓦斯中甲烷的浓度低，但总量特别巨大，这样相当于每年有2160万t～2700万t标准煤被白白浪费掉，并且产生了严重的环境污染(CH₄所形成的温室效应是CO₂的26倍)。如果能对风排瓦斯加以有效利用，将产生巨大的经济效益、社会效益和环境效益。近年来，科学家们提出了低浓度甲烷燃烧的方法实现对风排瓦斯的有效利用，实现该技术的关键之一是低浓度甲烷燃烧催化剂的研发。

目前，甲烷催化燃烧反应中应用较多的催化剂是贵金属催化剂，它可以有效降低甲烷燃烧温度，能使甲烷在200～400℃之间就燃烧完全，但由于贵金属价格昂贵，热稳定性较差，故并不适用于大规模应用。故人们展开了对廉价易得，储氧能力较强的过渡金属氧化物催化剂的研究，如Ce、Mn、Fe、Cu的氧化物，但是这些氧化物作为甲烷燃烧催化剂，耐热性能较差，在高温时组分之间容易发生相互反应，降低催化剂的催化活性。所以人们又将目光投向性质稳定且低温不易烧结的非贵金属复合氧化物催化剂，例如六铝酸盐氧化物，双钙钛矿型氧化物，尖晶石氧化物等。这些金属复合氧化物都包含A、B两种金属元素，其中A位元素通常为碱土金属、稀土金属元素，B位通常为过渡金属元素，故选择合适的制备方法来制备一些特定的金属复合氧化物作为甲烷燃烧催化剂可提高其催化活性。

在现有研究中，有人采用浸渍法将活性组分负载到比表面积较大的载体上制备甲烷燃烧催化剂；也有人通过共沉淀法来制备甲烷燃烧催化剂，但是，目前采用同生共存方法制备A位和B位同时掺杂的烧绿石型复合金属氧化物作为甲烷燃烧催化剂的研究相对较少。故本专利提供一种双掺杂型复合金属氧化物催化剂的制备方法，用于低浓度的甲烷燃烧反应，并能够大幅度的提高甲烷燃烧催化剂的催化活性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双掺杂型复合氧化物催化剂的制备方法，该催化剂利用同生共存法制备，以柠檬酸做络合剂，将含有A、A’、B和B’原子的原溶液同时反应络合，形成双掺杂型复合氧化物催化剂，将该催化剂应用于低浓度的甲烷催化燃烧反应，能够使低浓度甲烷在较低的温度下完全燃烧。

本发明催化剂的制备方法是以锡粉，硝酸镧，硝酸镁，硝酸钴为反应物，柠檬酸为络合剂。具体特征为：柠檬酸与各金属原子的摩尔比为1∶1，称取一定计量比的锡粉、La(NO₃)₃·6H₂O，Mg(NO₃)₂·6H₂O，Co(NO₃)₂·6H₂O和柠檬酸置于三口烧瓶中，再量取适量的32.5wt％硝酸加入其中，配成含硝酸的金属原溶液，在同生共存的条件下，几种金属原溶液于80～90℃恒温回流6～8小时，然后将溶液移入烧杯，再在70℃恒温水浴反应6～8小时，放入100℃红外烘箱过夜烘干，马弗炉500℃焙烧3小时使硝酸盐类分解，再900℃焙烧3小时，制成含镧，镁，锡，钴元素的双掺杂烧绿石型复合氧化物催化剂。并利用化学分析法确定了生成的催化剂中各金属原子的摩尔比，与各种金属硝酸盐的初始投料比相一致。