[发明专利]一种Pd/γ-三氧化二铝催化剂的改性方法

说明书

本发明公开了一种Pd/γ‑Al₂O₃催化剂的改性方法，该方法的主要步骤包括：首先利用高分子配体化合物实现与催化剂的贵金属粒子和载体表面粒子高效络合，再在特定温度和保护性气体条件下处理催化剂，实现在催化剂表面构建均匀的碳覆盖层，最后通过适当的温度和气氛对催化剂进行活化去除催化剂中的碳覆盖层，并将催化剂用于甲烷的催化燃烧。经过本发明方法处理的催化剂相对于未经处理的催化剂活性明显改善。

技术领域

本发明属于催化制备技术领域，具体涉及一种Pd/γ-Al₂O₃催化剂的改性方法。

背景技术

甲烷是高温室效应气体。煤、石油开采过程中会伴生大量低浓度还原性气体（其主要成分为甲烷）、对甲烷进行富集或分离的经济效益较低，直接排放到大气中又会引起环境问题，需要对其净化处理；同时天然气作为清洁燃料在汽车及发电站上被广泛使用，其产生的排放物含有一定量未被完全燃烧的甲烷。目前，对这些低浓度甲烷净化处理最经济、有效的方式便是催化燃烧。

在甲烷催化燃烧中，负载型贵金属催化剂是较常用的催化剂。然而由于甲烷是一种具有正四面体分子结构的稳定烃类（C-H键键能413 kJ/mol），是含碳烃类中最难被活化氧化的一种气体，通常即使在有催化剂作用的情况下，甲烷的起活和完全转化温度都很高。长期的高温运行，易导致催化剂在高温条件下的失活。因此，寻找更有效解决低浓度甲烷排放问题的关键在于研发具有更高活性，和具有更高稳定性的甲烷催化燃烧催化剂。

其中Pd基催化剂因其良好的低温活性、热稳定性而被广泛研究和应用。决定Pd基催化剂的性能的有Pd的分散度、载体本身的性质以及贵金属粒子与载体之间的相互作用。例如专利CN 104014339A公开的一种阳极氧化铝纳米管阵列为载体负载的Pd@CeO₂核壳结构单元催化剂，通过采用化学自组装法合成Pd@CeO₂核壳结构单元，再将Pd@CeO₂结构单元从溶液中吸收吸附到高比表面积阳极氧化铝上，由于氧化铈具有变价容易从4价被还原成3价，因此贵金属Pd与氧化铈之间有很强的相互作用以及Pd@CeO₂核壳结构单元在氧化铝材料的高分散，该类催化剂是目前甲烷燃烧催化活性表现最优的催化剂。但该合成方法冗长，且关键的步骤必须在完全隔绝氧的气氛下进行，合成方法成本高，目前难以商业推广应用。

γ-Al₂O₃具有比表面积大、孔隙率高和高温热稳定等都好于氧化铈，作为载体贵金属易在其表面实现高分散，因此Pd/γ-Al₂O₃催化剂仍是目前最常用的商品化甲烷催化燃烧催化剂。但γ-Al₂O₃是非还原性的氧化物，其表面的电子缺陷较少，与负载的贵金属Pd粒子之间的相互作用较弱，因而采用传统方法制备的催化剂在甲烷催化燃烧的高温条件下，贵金属粒子容易发生迁移、聚集长大；同时氧化铝粒子烧结发生相变，比表面积急剧下降而导致催化剂失活。

发明内容

本发明的目的就是针对Pd/γ-Al₂O₃催化剂目前存在的问题，提供一种相对简易的催化剂改性方法，通过该方法来增强贵金属Pd与氧化铝之间的相互作用，增加催化剂表面缺陷位，构建更多的活性位Pd/Al界面，进而提高催化剂活性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Pd/γ-Al₂O₃催化剂的改性方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将糖类化合物溶于水醇混合溶剂后，在低温条件下与Pd/γ-Al₂O₃催化剂混合，特定酸调节pH值，充分搅拌后静置3-24小时后，干燥除去溶剂；

步骤2在特定温度和保护性气体条件下处理上述步骤获得的催化剂样品，将催化剂表面结合的糖类化合物转化成碳覆盖层；