[发明专利]用于静电场协同催化氧化低浓度甲烷气体的钴铈锆复合金属氧化物催化剂及其制备方法

说明书

一种在低温温度区间用于静电场协同催化氧化低浓度甲烷气体的钴铈锆复合金属氧化物催化剂，更具体的说，本发明涉及一种含有Co₃O₄、CeO₂、ZrO₂活性组分，在低温温度区间有着优异的静电场协同催化氧化低浓度甲烷气体的钴铈锆复合金属氧化物催化剂，属于挥发性有机物排放控制污染物控制技术领域。催化剂采用自蔓延高温燃烧合成法合成。本发明的钴铈锆复合金属氧化物催化剂能实现对较低浓度稀薄甲烷气体的有效去除，对于甲烷体积浓度仅为0.2％(2000ppm)的气体，也有较高的去除效率，且在较低的反应温度窗口具有较高的活性、稳定性和选择性。本发明的钴铈锆复合金属氧化物催化剂制备原料低廉易得，催化剂制备工艺简单，无毒无害无污染，操作方便。

技术领域

本发明涉及一种在低温温度区间用于静电场协同催化氧化低浓度甲烷气体的钴铈锆复合金属氧化物催化剂。更具体的说，本发明涉及一种含有Co₃O₄、CeO₂、ZrO₂活性组分，在低温温度区间有着优异的静电场协同催化氧化低浓度甲烷气体的钴铈锆复合金属氧化物催化剂，属于挥发性有机物(VOCs)排放控制污染物控制技术领域。

背景技术

如今，全球变暖受到越来越多的关注和重视。而甲烷是一种很强的温室气体，其温室效应要比CO₂强21倍,在大气中一般可以停留10年之久。在天然气发动机尾气中有着大量的未燃甲烷排放。同时煤矿也被认为是温室气体甲烷的一个重要排放源，在人为温室气体总排放中，全球人为甲烷总排放占比17％，同时在全球人为甲烷总排放中，煤矿甲烷排放总量占比8％。在中国，仅煤矿通风系统中的甲烷排放量大约是每年200亿立方米。因此控制天然气发动机、煤矿通风系统等中的甲烷排放是全球面临的一个重要难题。

一般来说，甲烷在空气中的可燃极限为5％-15％。而天然气发动机和煤矿通风系统中的甲烷排放浓度很低，仅有几千ppm。如此低浓度甲烷因达不到可燃条件，很难直接用燃烧方法去除。催化燃烧具有起燃温度低、燃烧稳定、低污染、低能耗等优势，被认为是目前去除低浓度甲烷的有效办法。目前甲烷的催化氧化研究中存在的问题是大多数催化剂的低温活性较差，同时低温活性相对较好的Pd基贵金属催化剂又存在贵金属用量较多等问题。研究表明Co元素有着很好的低温催化氧化能力，同时铈锆基载体有着很好的储氧能力。

目前尚未见到低温静电场协同催化氧化甲烷相关的研究报道，但在甲烷水蒸气重整和甲醛重整方面，已有研究者用通电的方式来提高甲烷的转化效率。这些方面的研究都发现通电对于催化剂催化性能具有协同效应。

另外，经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN104971727A公开(公告)日2015.10.14，公开了一种高效镍基甲烷水蒸气重整制氢催化剂的制备方法，通过甘氨酸～硝酸盐燃烧法制备烧绿石复合氧化物，采用金属硝酸盐或者高氯酸盐为氧化剂，以有机物为燃料，通过反应混合物之间的氧化还原反应发生自蔓延燃烧，利用燃烧过程自身的放热合成烧绿石型复合氧化物载体。以硝酸镍、硫酸镍、草酸镍等为镍源，采用直接浸渍负载到烧绿石型复合氧化物载体上。催化剂中镍的负载量为催化剂重量的5～20％，烧绿石的含量为催化剂的80～95％。但此催化剂主要针对的是甲烷重整，而不是甲烷的催化氧化。此外，现有的催化氧化甲烷催化剂催化效果并不是很高，特别是低温段，起燃温度较高，且这些催化剂一般针对的是1％以上的较高浓度甲烷的去除。相比较，本发明针对的是0.2％的低浓度甲烷的去除，且与低温静电场协同耦合后能极大地降低甲烷催化氧化的起燃温度，且在相对较低的温度就能达到较高的甲烷去除效率。

发明内容