專利名稱：甲烷催化燃燒固溶體催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種甲烷低溫催化燃燒的催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
天然氣作為一種清潔的能源，在能源結(jié)構(gòu)中的比例日益上升。但其主要成分甲烷的燃燒溫度很高，因而燃燒效率較低，并且在燃燒過程中會產(chǎn)生少量的NOX和不完全燃燒產(chǎn)物，從而造成的環(huán)境污染。在催化劑存在條件下的甲烷富氧燃燒更符合環(huán)保要求。
甲烷催化燃燒的催化劑主要有Pt、Pd、Rh等負(fù)載型貴金屬，鈣鈦礦型復(fù)合金屬氧化物，負(fù)載型過渡金屬催化劑等。Pt等負(fù)載型貴金屬催化劑用于甲烷燃燒具有良好的低溫催化活性，但這類催化劑價格昂貴，熱穩(wěn)定性較差，限制了其工業(yè)應(yīng)用。鈣鈦礦型和過渡金屬氧化物催化劑則由于比表面小，機械強度差及活性低等因素，也難于大規(guī)模使用。
固溶體作為一種新型催化材料以其較大的比表面、較高的熱穩(wěn)定性和較好的儲氧能力被廣泛用于各類催化反應(yīng)，特別對CO、CH4和C3H8的催化氧化反應(yīng)有很高的催化活性。Sitthiphong Pengpanich等在Applied Catalysis AGeneral(2002(234)221)上發(fā)表文章報道了Ce-Zr固溶體催化劑甲烷催化燃燒的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種有效的催化甲烷燃燒的催化劑及其制備方法，將該催化劑用于甲烷催化燃燒反應(yīng)，能在較低溫度下將甲烷完全催化燃燒。
本發(fā)明敘述的催化劑主要活性組分由氧化鈰和氧化鋯組成，助劑選用氧化鈷，催化劑通式為Ce0.75-XCoXZr0.25O2，其中x為0.01～0.40。
本發(fā)明所述的催化劑制備過程如下按通式Ce0.75-XZr0.25CoXO2，其中x為0.01～0.40，稱取Ce(NO3)2·6H2O，ZrOCl2·8H2O，Co(NO3)2·6H2O混合均勻，加入上述鹽類重量的0.5-4.0倍尿素，置于研缽中研磨得到糊狀物，然后在150-200℃烘烤10-13小時后，于500-800℃焙燒3-6小時，制得成品催化劑。
本發(fā)明敘述的催化劑用于甲烷催化燃燒反應(yīng)，得到了較好的結(jié)果。在空氣與甲烷的體積比為49，空速為30000h-1的條件下可在580℃將甲烷完全燃燒，在空速為5000h-1的條件下可在500℃將甲烷完全燃燒。與文獻Applied Catalysis AGeneral(2002(234)221)所報道的結(jié)果相比，不僅完全燃燒溫度降低較多，且起燃溫度也較低。
本發(fā)明提供的甲烷催化燃燒催化劑與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下實質(zhì)性特征1.催化劑以Ce-Zr固溶體為主要活性組分，并添加一種過渡金屬氧化物(氧化鈷)為助劑，活性組分含量高，價格低廉。
2.催化劑在甲烷催化燃燒反應(yīng)過程中，采用空氣作為氧化劑，起燃溫度低，完全燃燒溫度低。
3.催化劑采用尿素燃燒法制備，制備方法簡單易于操作，活性組分分散均勻，穩(wěn)定性良好。
具體實施例方式
實施例1稱取16.1gCe(NO3)2·6H2O，4.1gZrOCl2·8H2O，0.15gCo(NO3)2·6H2O放入研缽中研磨10～30min，再稱取40g尿素，加入研缽中研磨0.5～1.5h，得到糊狀物。將糊狀物移于200℃烘烤12h，轉(zhuǎn)移至馬夫爐于500℃在空氣中焙燒4h，制得Ce0.74Zr0.25Co0.01O2固溶體催化劑。該催化劑在Air/CH4＝49，30000h-1空速，催化劑用量為0.2g的條件下催化反應(yīng)性能如下

實施例2稱取45.6gCe(NO3)2·6H2O，12.1gZrOCl2·8H2O，2.2gCo(NO3)2·6H2O放入研缽中研磨10～30min，再稱取120g尿素，加入研缽中研磨0.5～1.5h，得到糊狀物。催化劑的烘干與焙燒條件同實施例1，制得Ce0.70Zr0.25Co0.05O2固溶體催化劑。該催化劑在Air/CH4＝49，30000h-1空速，催化劑用量為0.2g的條件下催化反應(yīng)性能如下

實施例3稱取14.1gCe(NO3)2·6H2O，4.1gZrOCl2·8H2O，1.5gCo(NO3)2·6H2O放入研缽中研磨10～30min，再稱取40g尿素，加入研缽中研磨0.5～1.5h，得到糊狀物。催化劑的烘干與焙燒條件同實施例1，制得Ce0.65Zr0.25Co0.10O2固溶體催化劑。該催化劑在Air/CH4＝49，30000h-1空速，催化劑用量為0.2g的條件下催化反應(yīng)性能如下

實施例4稱取7.6gCe(NO3)2·6H2O，4.1gZrOCl2·8H2O，5.8gCo(NO3)2·6H2O放入研缽中研磨10～30min，再稱取35g尿素，加入研缽中研磨0.5～1.5h，得到糊狀物。催化劑的烘干與焙燒條件同實施例1，制得Ce0.35Zr0.25Co0.40O2固溶體催化劑。該催化劑在Air/CH4＝49，30000h-1空速，催化劑用量為0.2g的條件下催化反應(yīng)性能如下

實施例5稱取47.8gCe(NO3)2·6H2O，16.1gZrOCl2·8H2O，11.6gCo(NO3)2·6H2O放入研缽中研磨10～30min，再稱取150g尿素，加入研缽中研磨0.5～1.5h，得到糊狀物。催化劑的烘干與焙燒條件同實施例1，制得Ce0.55Zr0.25Co0.20O2固溶體催化劑。該催化劑在Air/CH4＝49，30000h-1空速，催化劑用量為0.2g的條件下催化反應(yīng)性能如下

權(quán)利要求
1.一種甲烷催化燃燒固溶體催化劑，其特征在于催化劑主要活性組分由氧化鈰和氧化鋯組成，助劑選用氧化鈷，催化劑通式為Ce0.75-XCoXZr0.25O2，其中x為0.01～0.40。
2.如權(quán)利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于該方法按通式Ce0.75-XZr0.25CoXO2，其中x為0.01～0.40，稱取Ce(NO3)2·6H2O，ZrOCl2·8H2O，Co(NO3)2·6H2O混合均勻，加入上述鹽類重量的0.5-4.0倍尿素，置于研缽中研磨得到糊狀物，然后在150-200℃烘烤10-13小時后，于500-800℃焙燒3-6小時，制得成品催化劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種甲烷催化燃燒固溶體催化劑。本發(fā)明的催化劑用于甲烷催化燃燒反應(yīng)，在空氣與甲烷的體積比為49的條件下，可在500－680℃將甲烷完全催化燃燒。該催化劑具有成本低廉，制備方法簡單，甲烷的起燃溫度以及完全燃燒溫度較低等特點。
文檔編號B01J23/83GK1623658SQ20031011932
公開日2005年6月8日 申請日期2003年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月4日
發(fā)明者丑凌軍, 楊建 , 張兵, 趙軍, 王嘉欣, 牛建中, 李樹本 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所