[发明专利]一种用于室温催化消除一氧化碳的催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及催化剂制备技术，旨在提供一种用于室温催化消除一氧化碳的催化剂的制备方法。包括：合成金属@沸石单晶胶囊催化剂；将金属@沸石单晶胶囊催化剂加入金属前驱体溶液中，搅拌后：抽滤、水洗、干燥，经焙烧得到产品，或者陈化后使溶剂挥发、干燥，经焙烧产品。本发明方法合成的催化剂具有非常高的低温氧化活性，在优选条件下能够完全氧化CO；催化剂的寿命较长，优选条件下催化剂能够运行100小时以上；具有较高的稳定性，在室温、常湿条件下放置，能够保持较高的活性稳定性；具有非常高的结构稳定性，在高温长期运行催化剂也不会发生烧结失活的现象。采用的原料价格较低、制备过程简单。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术，特别涉及一种用于室温催化消除一氧化碳的催化剂的制备方法。

背景技术

一氧化碳(以下缩写为CO)是一种无色、无臭但是毒性很大的气体。CO进入人体后会和血液中的血红蛋白结合，由于CO与血红蛋白的结合能力是氧与血红蛋白结合能力的200多倍，而血红蛋白与CO分解速度极慢，因此血红蛋白与CO结合后，便失去了与氧结合的能力从而使得血红蛋白不能与氧气结合，引起人体组织缺氧，导致窒息休克甚至死亡。普通人只要在CO浓度为1000ppm的环境中待30分钟就会发生中毒现象。家用煤气、壁炉，汽车尾气甚至人类呼吸都会产生一定量的CO，而在室内、车内等密闭体系中空气流通不畅，不能通过稀释的方式除去CO。现有的空气净化装置主要通过吸附的方式消除CO，吸附量低，并且吸附的一氧化碳存在脱附的现象，往往会造成二次污染。因此通过氧化的方式将有毒的CO转化为无毒的二氧化碳是一种比较实用的方式。

CO氧化需要催化剂，通常采用金属氧化物催化剂和贵金属催化剂。活性最高的金属氧化物催化剂通常是各种改性的氧化钴或者氧化锰，其价格相对较低，但是必须在较高温度下才能获得较高的活性，不能在室温消除一氧化碳。并且金属氧化物对于空气中的水汽比较敏感，自然条件下空气中的水分子会降低金属氧化物的活性，限制了其实际应用。贵金属催化剂在CO氧化中表现出较高的活性。常用的贵金属通常为铂或金。但是单纯的铂或者金催化剂对于CO吸附能力过强，导致不能吸附并活化氧气，而高效的CO氧化催化剂需要同时活化CO和氧气，才能将CO氧化为二氧化碳。针对贵金属催化剂的缺点，科研人员开发出了合金催化剂，可以同时活化CO和氧气。但是这些催化剂制备过程繁琐，价格较高，不能大规模应用。

近年来，科研人员开发出了金属@沸石催化剂。这种催化剂是将金属或者金属氧化物包裹于沸石晶体或多晶中。其独特的结构使得这种催化剂在生物质加氢、二氧化碳加氢等反应中表现出优异的活性、选择性和稳定性。这种催化剂中的金属可以很好地吸附并活化CO，但是这种催化剂不能够同时活化氧和一氧化碳分子，业内普遍认为这种催化剂在CO氧化反应中难以应用。

在催化剂制备过程中，助剂对于贵金属催化剂活性的提升有很大作用。例如铁助剂的加入可以大大提升Pt催化剂在CO氧化反应中的活性，Zn助剂的加入使得Pd催化剂在炔烃半加氢反应中给出了很高的选择性，Co助剂的加入大大提高了Pt催化剂在肉桂醛加氢反应中的选择性。沸石具有非常大的比表面积、可以离子交换的骨架、非常适合引入助剂对催化剂性能进行修饰。因此在金属@沸石催化剂引入金属氧化物助剂来活化氧气，就可以构筑具有高活性的可以在室温氧化CO的催化剂。

但是，本领域科研人员在设计CO氧化催化剂时，通常会将注意力集中在开发高效的活性中心上，而在微观层面上不太关注催化剂的稳定性。因此，通常所采用的等体积浸渍的方法向金属@沸石催化剂引入金属氧化物助剂，会导致沸石催化剂中嵌入的金属和金属氧化物发生相互作用，在反应过程中形成不稳定的合金，使得催化剂稳定性变差。

基于上述原因，对金属@沸石催化剂进行合理改性，使其能够适用于CO氧化反应的应用，成为值得努力的研究方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于室温催化消除一氧化碳的催化剂的制备方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：