[发明专利]一种高比表面积六铝酸盐类催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种高比表面积六铝酸盐类催化剂AAl12‑xBxO19‑δ的制备方法，包括：1)按计量比称取各元素A、B和Al相应的硝酸盐，溶入到去离子水中，制得相应的硝酸盐混合溶液；2)在步骤1)所制得的金属硝酸盐混合溶液中加入一定量的糖类，并加热、搅拌以形成溶胶，然后将溶胶干燥，得到前驱体；3)将步骤2)得到的前驱体在惰性气氛中加热升温至800～1500℃并焙烧，然后在氧化气氛下煅烧，冷却后粉碎得到高比表面积六铝酸盐类催化剂。本发明通过在惰性气氛下焙烧形成碳包覆层防止晶粒的过分长大聚集，然后在空气气氛下煅烧去除碳层并形成具有纯相结构的六铝酸盐催化剂，所制备的催化剂具有比表面积高、晶粒尺寸小和催化甲烷燃烧活性高的优点。

技术领域

本发明涉及一种纳米粉体制备技术，具体涉及一种高比表面积六铝酸盐类催化剂粉体的制备方法。

背景技术

六铝酸盐因其具有热稳定性好、抗热冲击能力强、催化活性和水热稳定性好等优点，常被用于催化甲烷高温燃烧、甲烷二氧化碳重整和N2O分解等领域。六铝酸盐的通式为AAl12O19，A离子通常由碱金属、碱土金属或稀土金属离子构成，例如La、Ce、Pr、Ca、Sr和Ba元素中的一种或多种。目前，为了进一步优化六铝酸盐晶体的催化活性，通常会在晶相中掺杂其它过渡金属元素，Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Cr中的一种或多种，以部分取代晶相中铝离子位上的铝离子，在保证晶相的同时调节性能。

六铝酸盐高的热稳定性主要来自于它的层状结构，在六方层状结构中，尖晶石单元被层状分布的离子半径较大的阳离子分割。氧离子在尖晶石单元中填充紧密，而在镜面层上填充较松散，使得镜面层更有利于氧的扩散，因而六铝酸盐更容易沿垂直于c轴的方向生长，并且c轴方向的尖晶石单元被镜面分离，使晶体沿c轴方向的生长也受到抑制。六铝酸盐具有各向异性，当c/a较大时晶体不稳定，因为这会增加表面能，所以六铝酸盐晶体沿a轴方向的生长同样受到抑制，这种晶体生长的各向异性减缓了离子的扩散，使烧结速度降低，从而提高了样品的热稳定性。但是，六铝酸盐的成相温度过高，导致其晶粒尺寸大，进而比表面积低，影响其催化活性，限制了六铝酸盐的大规模应用。因此，降低成相温度、增大六铝酸盐的比表面积成为研究六铝酸盐类催化剂材料的一个重要内容。

六铝酸盐类材料的高温热稳定性来源于其特殊的结构，其催化活性不仅取决于元素组成，而且与其合成方法紧密相关。一般的合成方法有固相反应和湿法合成两大类。固相反应法采用金属氧化物、氢氧化物或碳酸盐作为原料，混合后经高温焙烧即得到目标产物。此法原料价廉易得、工艺简单，适合于大规模生产，缺点是固体原料混合的均匀性较差，易产生杂相物质，而且高的固相反应温度导致合成材料的比表面积低，显著降低材料的催化活性。湿法合成法可实现前驱体各组元间混合的均匀性以减小反应时的扩散阻力，使六铝酸盐能够在较低的温度下形成，从而保持较高的比表面积和催化活性。湿法合成方法主要有：共沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法和反相微乳液法等。相较于固相合成法，共沉淀法合成六铝酸盐的成相温度有所降低，但通常仍高于1200℃，其比表面积通常不高于20m2/g。醇盐水解可以实现前驱体各组元分子水平上的均匀混合，所制备的六铝酸盐催化剂具有较高的比表面积和催化活性，然而该法的原料昂贵，制备过程中通常需无氧无水环境、惰性气体保护，制备工艺比较复杂、周期长。反相微乳液法结合超临界干燥或冷冻干燥制备六铝酸盐可在较低的温度下成相，合成材料具有比表面积高的优点，然而，该方法的制备工艺流程长、过程复杂，且产量低，不适合规模化量产。因此，本发明旨在发明一种原料价格低廉、操作简单、比表面积高的六铝酸盐类催化剂的制备方法。

发明内容