[发明专利]一种三维有序大孔‑介孔结构铈锆铝复合氧化物负载金属催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维有序大孔-介孔(3DOMacro-meso)结构铈锆铝复合氧化物(Ce_0.75Zr_0.25O₂-Al₂O₃)负载金属M(M＝Au,Pt,AuPt₂)的制备方法领域，尤其是一种三维有序大孔-介孔结构铈锆铝复合氧化物负载金属催化剂及其制备方法。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)对环境和人体健康有不良影响。越来越多的国家对VOCs排放制定了严格排放标准。国内外对VOCs的排放控制技术可分为物理和化学两类方法，其中催化氧化法消除VOCs是公认的最有效手段之一，其显著优点是可在远低于直接氧化温度下处理低浓度的VOCs，且净化效率高、无二次污染以及能耗低，而高效催化剂是实现该过程的关键，因此亟需研发具有很高活性、稳定性和抗中毒性的低廉催化剂。用于催化氧化消除VOCs的催化剂主要包括两大类：过渡金属氧化物(包括单一和复合过渡金属氧化物)与负载贵金属或/和过渡金属催化剂，其中负载型催化剂应用非常广泛。载体的作用主要是增加催化剂的有效表面，提供合适的孔结构，并保证足够的机械强度和热稳定性。

近年来，三维有序大孔–介孔(3DOMacro-meso)材料在催化、离子交换、吸附和分离等领域引起了研究人员的极大兴趣。与单一孔径材料相比，多级孔材料结合了大孔和介孔结构的优势。有序介孔适合稳定高分散的贵金属纳米粒子，同时介孔结构提供高比表面积和增加反应物分子的吸附，并提供足够多的活性位。而相互贯通的大孔不仅有利于快速的传质，而且还使反应物分子更易进入活性位，兼有大孔和介孔的材料有利于提高催化性能。例如，Idakiev等(V.Idakiev，et al.,Appl.Catal.A,2003,243:25–39；J.Mater.Sci.,2009,44:6637–6643)指出，以大孔–介孔TiO₂或ZrO₂为载体的催化剂对苯氧化反应显示优良的催化活性。Tidahy等(H.L.Tidahy,et al.,Catal.Today,2008,137:335–339)采用CTMABr辅助的方法合成了双模孔(大孔–介孔)的氧化锆，发现0.5wt％Pd/大孔–介孔ZrO₂催化剂的高活性与Pd分散度和PdO物种有关。Bian等(S.W.Bian,et al.,Micropor.Mesopor.Mater.,2010,131:289–293)采用软硬双模板法制得了大孔–介孔Al₂O₃，观察到在空速为60000mL/(g h)和20–200℃条件下，2wt％Pt/大孔–介孔Al₂O₃催化剂对CO氧化反应的活性高于在2wt％Pt/商用Al₂O₃上的。

孔结构(包括孔的有序度、孔径大小及其分布、孔的维度、孔壁的结晶度及其壁厚、孔壁的孔结构等)对多孔材料负载型催化剂的催化性能有较大影响。然而，我们发现文献中使用的多孔材料绝大多数为单一孔径(三维有序介孔或大孔)，少数也只是孔壁带有少量纳米孔洞的三维有序大孔材料，这与制备带有有序介孔壁的三维有序大孔过渡金属氧化物面临很大困难有关。