專利名稱：消除一氧化碳催化劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種消除一氧化碳催化劑及其制備方法。
背景技術：
金以其獨特的化學性質很早就被人們廣泛地應用于生產生活的各個領域。金以多氧化態(tài)(-1至+5)和多配位數(2-7)形成化合物，其相對效應(原子和離子半徑之比)使得金成為周期表中最具負電性的金屬。
但是由于金的化學性質不活潑，而被認為不適合作為催化材料；金的熔點(1063℃)遠低于Pd(1550℃)和Pt(1769℃)，也使人們認為金作為催化劑不如其他貴金屬。自從1987年Haruta等報道用共沉淀等方法制備高分散擔載金催化劑對CO有良好的低溫氧化活性以來，金催化劑開始受到一定的關注，并在其它一些催化反應中(如選擇氧化、水汽轉換、選擇性轉化氮氧化物、羥醛縮合、烯烴羰化、錫烷偶聯(lián)等)展現出很高的催化活性。這說明金作為催化材料的潛力巨大。
微量一氧化碳的消除對于環(huán)境保護和工業(yè)生產，如氣體凈化、安全保障等方面有著極其重要的意義，催化氧化是一種簡單且行之有效的辦法。例如，工業(yè)合成尿素，由于二氧化碳原料氣中通常含有少量的氫氣，它在合成過程中不被消耗，若積累過多，將有可能導致爆炸，而且這樣的事件曾有發(fā)生。但是，二氧化碳原料氣中微量的一氧化碳會強烈抑制氫氣的氧化，通常只有大幅度提高反應溫度才能達到氫氣的完全消除。同樣，H2燃料電池的富氫原料氣很大一部分來自甲醇、重整氣和水蒸氣變換，其中常含有微量的CO，會毒害Pt電極，降低燃料電池的性能。同時，潛艇在水下作業(yè)時，蓄電池和發(fā)動機在工作過程中會產生少量的CO，為避免可能導致的爆炸和人員中毒，有必要尋找一種在盡可能低的溫度下實現CO完全氧化及選擇氧化的催化劑。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種消除一氧化碳催化劑及其制備方法。
本發(fā)明所述催化劑，其特征在于催化劑載體選自鐵、鎳、鋅或錳的氫氧化物，活性組分為金，金質量百分含量為載體的0.1％～5％。
催化劑可以通過正加共沉淀法或者反加共沉淀法來制備。
本發(fā)明的催化劑采用正加共沉淀法制備方法是在常溫下，將鐵、鎳、鋅或錳的硝酸鹽溶液與金鹽溶液混合均勻置于反應器中，在攪拌下將沉淀劑逐滴滴入，形成共沉淀，調節(jié)PH值為7.5～9，攪拌，靜置，過濾，洗滌，室溫至100℃干燥。
本發(fā)明的催化劑采用反加共沉淀法制備方法是在常溫下，將鐵、鎳、鋅或錳的硝酸鹽溶液與金鹽溶液混合均勻，攪拌下逐滴加入到沉淀劑溶液中，形成共沉淀，調節(jié)PH值為7.5～9，攪拌，靜置，過濾，洗滌，室溫至100℃干燥。
在以上兩種制備方法中，我們所用的金鹽選自HAuCl4或者HAuBr4。
在以上兩種制備方法中，我們所用的沉淀劑選自NaOH、Na2CO3、NH3·H2O、(NH4)2CO3、KOH、K2CO3中的一種。
我們采用共沉淀法制備催化劑，最大的優(yōu)點是催化劑不經過焙燒過程，就可以直接使用。
我們的催化劑，可以用來消除空氣中的一氧化碳。具體是催化劑在常壓、氣體空速5.0×103～3.0×104h-1ml/g-催化劑，-20～50℃的操作條件下，消除空氣中0.01～5％(體積百分含量)的一氧化碳。
我們的催化劑，還可以用來選擇消除有氧條件下一氧化碳和氫氣混合氣中的一氧化碳。具體是催化劑在常壓下、氣體空速為5.0×103～3.0×104h-1ml/g-cat時，0～50℃選擇消除有氧條件下一氧化碳與氫氣混合氣中的一氧化碳，一氧化碳占總體積的0.01～5％，氫氣占總體積的1～98％，氧氣占總體積的1～5％。
與已有有害氣體消除催化劑相比，本發(fā)明具有的實質性的特點是1.該催化劑活性專一，只對CO有較高的活性，選擇性好，實現了室溫條件下含氫及富氫環(huán)境中CO的選擇消除；2.該催化劑中活性組分的含量相對較低，降低了催化劑的成本；3.催化劑在使用之前不需要還原等預處理；4.水蒸氣的存在不會降低該催化劑的催化活性；5.共沉淀法制備的催化劑只須室溫至100℃干燥且不需要焙燒，充分降低了能耗。
具體實施例方式
實施例1將1M的硝酸鐵溶液10ml與0.26M的氯金酸溶液0.2ml混合均勻，強烈攪拌下逐滴加入到30ml(wt)10％的碳酸鈉溶液中，形成共沉淀，調節(jié)PH值為8，繼續(xù)攪拌2h，靜置2.5h，過濾，以蒸餾水洗滌，室溫下放置24小時使催化劑自然干燥得催化劑cat1。
實施例2將1M的硝酸鋅溶液10ml與0.26M的氯金酸溶液0.2ml混合均勻，置于一個錐形瓶中，強烈攪拌下逐滴加入(wt)10％的碳酸氨溶液20ml，形成共沉淀，調節(jié)PH值為7.5，繼續(xù)攪拌2h，靜置2.5h，過濾，以蒸餾水洗滌，室溫下放置24小時使催化劑自然干燥得催化劑cat2。
實施例3將50％的硝酸錳溶液6ml與0.26M的溴金酸溶液0.2ml混合均勻，強烈攪拌下逐滴加入到1M的碳酸鉀溶液25ml中，形成共沉淀，調節(jié)PH值為9，繼續(xù)攪拌2h，靜置2.5h，過濾，以蒸餾水洗滌，80℃下放置24小時使催化劑干燥得催化劑cat3。
實施例4將1M的硝酸鎳溶液10ml與0.26M的溴金酸溶液0.2ml混合均勻，置于一個錐形瓶中，強烈攪拌下逐滴加入1M的氫氧化鈉溶液20ml，形成共沉淀，調節(jié)PH值為8，繼續(xù)攪拌2h，靜置2.5h，過濾，以蒸餾水洗滌，60℃下干燥24小時得催化劑cat4。
實施例5在原料氣組成為CO1.0％；O25.0％；N2平衡(體積百分比)，氣體體積空速為2.0×104h-1的情況下，使用cat1在-20℃達到尾氣中殘余CO量＜10ppm。
實施例6在原料氣組成為CO1.0％；O25.0％；N2平衡(體積百分比)，氣體體積空速為2.0×104h-1的情況下，使用cat2在20℃達到尾氣中殘余CO量＜10ppm。
實施例7在原料氣組成為CO1.0％；H249.0％；O21.0％；N2平衡(體積百分比)，氣體體積空速為1.0×104h-1的情況下，使用cat1在10℃達到尾氣中殘余CO量＜10ppm，同時H2不被消除。
實施例8在原料氣組成為CO1.0％；H249.0％；O21.0％；N2平衡(體積百分比)，氣體體積空速為1.0×104h-1的情況下，使用cat3在40℃達到尾氣中殘余CO量＜10ppm同時H2不被消除。
實施例9在原料氣組成為CO1.0％；O25.0％；N2平衡(體積百分比)，氣體體積空速為2.0×104h-1的情況下，使用cat4在0℃達到尾氣中殘余CO量＜10ppm。
權利要求
1.一種消除一氧化碳催化劑，其特征在于催化劑載體選自鐵、鎳、鋅或錳的氫氧化物，活性組分為金，金質量百分含量為載體的0.1％～5％。
2.如權利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于催化劑采用正加共沉淀法制備，在常溫下，將鐵、鎳、鋅或錳的硝酸鹽溶液與金鹽溶液混合均勻置于反應器中，在攪拌下將沉淀劑逐滴滴入，形成共沉淀，調節(jié)PH值為7.5～9，攪拌，靜置，過濾，洗滌，室溫至100℃干燥。
3.如權利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于催化劑采用反加共沉淀法制備，在常溫下，將鐵、鎳、鋅或錳的硝酸鹽溶液與金鹽溶液混合均勻置于反應器中，在攪拌下將沉淀劑逐滴滴入，形成共沉淀，調節(jié)PH值為7.5～9，攪拌，靜置，過濾，洗滌，室溫至100℃干燥。
4.如權利要求2或3的方法，其特征在于金鹽選自HAuCl4或者HAuBr4。
5.如權利要求2或3的方法，其特征在于沉淀劑選自NaOH、Na2CO3、NH3·H2O、(NH4)2CO3、KOH、K2CO3中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可以有效消除空氣中的一氧化碳、氫氣混合氣中微量CO氣體的催化劑及其制備方法。本發(fā)明中的催化劑為鐵、鎳、鋅、錳的氫氧化物擔載的金催化劑。該催化劑能夠在室溫和低于室溫條件下分別消除一氧化碳、氫氣混合氣中和空氣中的一氧化碳。該催化劑的特點是低溫制備，能耗低，對一氧化碳活性好而對氫氣活性低，實現了室溫條件下一氧化碳的選擇消除。
文檔編號C01B3/54GK1579621SQ0314379
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月6日 優(yōu)先權日2003年8月6日
發(fā)明者鄧友全, 喬波濤, 石峰 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所