[发明专利]一种钯基催化剂、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种钯基催化剂、其制备方法及应用，所述的钯基催化剂包括氧化铝载体和负载于所述氧化铝载体表面的活性组分，所述的氧化铝载体的晶型为θ晶型，所述的活性组分包括钯。不同晶型的Al₂O₃载体之间除了孔体积和比表面积存在差异外，其与负载的活性物质PdO间的相互作用强度也不同。尽管θ晶型的Al₂O₃载体的孔体积和比表面积较小，但其负载的活性物质的PdO的晶粒最小，活性物质受热不易分解且分解后容易再次氧化，可还原性最强，因此以θ晶型的Al₂O₃作为载体的钯基催化剂在甲烷的催化氧化反应中具有更好的低温活性。

技术领域

本发明属于甲烷催化氧化技术领域，涉及一种钯基催化剂、其制备方法及应用。

背景技术

随着石油资源的日益短缺,世界各国都加大了对替代能源开发的力度。作为三大石化能源之一的天然气有着丰富的资源,它作为一种清洁、环境友好的能源，将在全球能源和化工原料方面取代石油而占主导地位，因此，天然气的开发和利用日益受到人们的关注。

天然气是目前最清洁的“绿色燃料”，它的最大优势在于环保效益和潜在的经济效益。据研究测试表明，机动车燃料由汽油改为天然气，尾气排放的污染物将大幅度降低。其中一氧化碳降低90％以上，二氧化碳降低30％，噪音降低40％，也找不到铅苯、多环芳烃等有害成分。但是，尾气中甲烷的含量将提高20％以上。由于甲烷是温室效应很强的气体(它的温室效应是二氧化碳的4倍)，其排入大气中的量需控制在一定范围内。

甲烷氧化反应中多采用贵金属催化剂，如Pt、Pd、Rh、Ir或Au等，贵金属催化剂具有独特的低温催化性能，被广泛地应用于甲烷低温催化燃烧和废气備化氧化净化处理。其中Pd催化剂对于甲烷完全氧化反应具有较高的催化活性，氧化催化性能最好，作为负载型甲烷低温氧化催化剂应用的最多。负载型Pd催化剂的载体主要有γ-Al₂O₃和SiO₂，还有ZrO₂、CeO₂、SnO₂、铈锆固溶体、钙钛矿型氧化物等。

对Pd催化剂上低温甲烷催化氧化的机理，目前大多数研究者都认为是一种氧化还原机理，首先甲烷分子在PdO颗粒上被活化，甲烷在催化剂上发生氧化还原反应PdO被还原最后产物从催化剂表面脱附，还原态的Pd又被氧化为PdO；该反应的表观活化能约为70～90kJ/mol，反应级数对甲烷和氧气分别接近1和0。

CN103203233A公开了一种甲烷催化燃烧钯基催化剂，是以贵金属钯作为活性组分，拟薄水铝石为铝源制备的中孔氧化铝为载体。其中中孔氧化铝的合成采用工业原料拟薄水铝石为铝源加入表面活性剂煅烧处理得到，钯基催化剂采用的是等体积浸渍法制备。其中介孔氧化铝的比表面积为200～400m²/g，孔容为0.2～0.8cm³/g，孔径为3～10nm；活性组分钯的含量为催化剂总重量的0.1％～1％。

CN107262093A公开了一种甲烷催化燃烧催化剂，包括载体和负载于所述载体上的活性组分，所述载体为氧化镧改性的氧化铝，所述活性组分为贵金属，所述活性组分的外部包覆有为其提供氧空位的包覆层为金属氧化物层，还包括催化助剂铈锆固溶体。

CN108993560A公开了一种耐水耐高温甲烷氧化催化剂及其制备方法。催化剂由0.5～5wt％PdO、1～10wt％BaCO、85～98.5wt％AlO组成，其中AlO与BaCO的摩尔比为16.5～190.7；BaCO/AlO与PdO的摩尔比为7.8～81.4；BaCO与PdO摩尔比为1.25。制备方法包括：(1)将Ba前驱体浸渍于AlO材料上，经空气焙烧后形成BaCO/AlO载体；(2)将Pd前驱体浸渍于(2)制得的载体上，经过空气干燥和焙烧后制得一种PdO/BaCO/AlO耐水耐高温甲烷氧化催化剂。