[发明专利]镓酸盐尖晶石负载纳米金催化剂的制备及催化剂和应用

说明书

本发明公开了抗高温烧结镓酸盐尖晶石负载纳米金催化剂及其制备方法和应用催化剂通过先后浸渍金前驱体和助剂前驱体并进行预处理活化制备，包括以下步骤：(1)将一定量的镓酸盐尖晶石载体浸渍于适量金前驱体溶液中1‑12小时后，于60‑120℃干燥6‑12小时，再在300℃焙烧5小时后，得到镓酸盐尖晶石负载纳米金催化剂；(2)将一定量上述镓酸盐尖晶石负载纳米金催化剂浸渍于适量助剂前驱体溶液中1‑12小时后，于60‑120℃干燥6‑12小时，再在500℃焙烧5小时后，得到含有氧化物助剂的镓酸盐尖晶石负载纳米金催化剂。本发明中催化剂具有很好的抗高温烧结性能，经过1100℃焙烧后，多数金颗粒尺寸仍保持3nm以下。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及抗高温烧结镓酸盐尖晶石负载纳米金催化剂及其制备方法和应用。

技术背景

负载型金催化剂中金纳米粒子具有显著的尺寸效应，当金纳米粒子尺寸为2-5nm时，纳米金催化剂对有机物的加氢、选择氧化、环氧化反应，以及CO氧化和NO还原等很多反应中都表现出很好的活性。然而，该尺寸范围的金纳米粒子的热稳定性以及反应稳定性较差，易发生颗粒高温烧结长大从而导致催化剂不可逆失活，限制了金催化剂的实际应用。提高纳米金催化剂的热稳定性即抗高温烧结能力是实现其推广应用的关键。

目前，提高纳米金催化剂热稳定性的方法主要有1)利用介孔材料的孔道或者氧化物膜隔离和限制金纳米粒子的迁移长大；2)利用杂离子对载体表面进行化学修饰以提高金纳米粒子与载体表面的相互作用；3)与其他高熔点的过渡金属形成合金以降低金的迁移能力。范杰等(CN102211037B)使用特定介孔结构的FDU-12介孔分子筛为载体，将均一的金纳米颗粒负载于超大的笼状介孔孔道中，通过提高纳米颗粒的负载量(5wt％)，提高金纳米颗粒的抗烧结性能，催化剂在350-650℃条件下热处理5-24小时没有发现严重的烧结现象。安立敦等(CN100389873)利用Cu和Fe或Co或Ni修饰的Al₂O₃或TiO₂/Al₂O₃负载金颗粒，300℃氢气还原1h，室温下空气中放置1年后仍保持较高活性。丁轶等(CN103785380A)采用先合成金/银/铂层状结构纳米颗粒，再通过硝酸腐蚀银，制备了无负载的纳米金粒子被多孔铂外壳所包裹的催化剂，纳米金粒子不仅保持较高的活性和稳定性，而且也避免了载体对纳米金粒子的影响。

上述方法从不同的方面可一定程度上改善金纳米粒子的热稳定性，但是，具有高温(大于800℃)长时间(大于24小时)稳定性的金纳米催化剂仍然未见报道。

发明内容

本发明公开了抗高温烧结镓酸盐尖晶石负载纳米金催化剂及其制备方法，解决了纳米金催化剂高温烧结以及由其引起的催化剂失活问题，为纳米金催化剂在高温条件下的应用提供了成功范例。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是，抗高温烧结镓酸盐尖晶石负载纳米金催化剂及其制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将一定量的镓酸盐尖晶石载体浸渍于适量金前驱体溶液中12小时后，于80℃干燥12小时，再在300℃焙烧5小时后，得到镓酸盐尖晶石负载纳米金催化剂；

步骤2，将一定量上述镓酸盐尖晶石负载纳米金催化剂浸渍于适量助剂前驱体溶液中12小时后，于120℃干燥12小时，再在500℃焙烧5小时后，得到含有氧化物助剂的镓酸盐尖晶石负载纳米金催化剂。

金的颗粒大小主要为0.5～3nm，以催化剂总重量计，金的含量在0.001wt％～10wt％，助剂的含量为0-50wt％。本发明中催化剂具有很好的抗高温烧结性能，经过1100℃焙烧后，多数金颗粒尺寸仍保持3nm以下。优选催化剂对一氧化碳催化氧化，甲烷催化燃烧和高温水汽变换反应等一系列氧化还原反应都具有良好的催化活性和稳定性。该发明开发了一类应用广泛的抗高温烧结负载型纳米金催化剂。