專利名稱：Cu-CeO₂催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
CeO2作為一種具有高儲放氧能力和良好的氧化還原能力的活性載體，負載貴金屬 后可表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性。但目前，CeO2與將來最有可能代替貴金屬的銅組合后，其制備 方法仍沿襲了負載貴金屬時常用的浸漬、沉淀等較繁瑣的多步合成法，且制得的催化劑性 能也不能令人十分滿意。因此如何簡化合成步驟且得到一種有利于活性物種分布的催化劑 是其制備中關(guān)鍵的因素。先制備出載體再負載活性組分的方法不利于活性物種與活性載體之間產(chǎn)生能促 進活性的協(xié)同作用，并且，還需要載體有較大的比表面積，才能較均勻的分散活性物種，而 CeO2與一些大比表面積的惰性載體相比，不具備這樣的優(yōu)勢，因此容易導致負載金屬氧化 物的團聚，影響催化性能。另外，這類分步的制備方法還存在周期長，原料利用率低，制備的 Cu-CeO2催化劑對N0+C0反應(yīng)活性低的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有Cu-CeO2催化劑合成方法中低效率，制備的 Cu-CeO2催化劑對N0+C0反應(yīng)活性低的問題，提供了一種Cu-CeO2催化劑的制備方法。本發(fā)明Cu-CeO2催化劑的制備方法如下一、將硝酸銅、硝酸鈰和檸檬酸溶解在蒸 餾水中，得到金屬離子濃度為0. 05 0. 15mol/L的水溶液；二、將濃度為40 80g/L的聚 乙二醇水溶液滴入步驟一得到的水溶液中，攪拌8 12h，得混合溶液；三、將混合溶液旋轉(zhuǎn) 蒸發(fā)制得凝膠，再將凝膠在60 80°C的真空烘箱中干燥6 12h，得到前驅(qū)體粉末；四、將 前驅(qū)體粉末在400 550°C的馬弗爐中焙燒4 6h，即得Cu-CeO2催化劑；其中步驟一所 述水溶液中Cu2+與Ce3+的摩爾比為0. 25 0. 35 1，Ce3+與檸檬酸的摩爾比為1 : 1 1.5，步驟二中Ce3+與聚乙二醇之比為0. Olmol 2 4g ；所述聚乙二醇的分子量為2000 20000。本發(fā)明方法首次以聚乙二醇輔助的一步溶膠凝膠法制備出應(yīng)用于催化N0+C0反 應(yīng)的高活性催化劑。通過加入表面活性劑制備出具有孔結(jié)構(gòu)的催化材料，同時能很大程 度上提高其比表面積，增加了催化劑的活性位和活性物種的類型，使本發(fā)明制備得到的 Cu-CeO2催化劑即使在高空速下也表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性。本發(fā)明的催化劑應(yīng)用于催化CO還原NO反應(yīng)，反應(yīng)氣NO和CO濃度分別為4000ppm 禾口 5000ppm, He作平衡氣，空速為50，OOOtT1時，在200 300°C的條件下，NO和CO的轉(zhuǎn)化 率在60 100%。
具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的 任意組合。
具體實施方式
一本實施方式中Cu-CeO2催化劑的制備方法如下一、將硝酸銅、 硝酸鈰和檸檬酸溶解在蒸餾水中，得到金屬離子濃度為0. 05 0. 15mol/L的水溶液；二、將 濃度為40 80g/L的聚乙二醇水溶液滴入步驟一得到的水溶液中，攪拌8 12h，得混合溶 液；三、將混合溶液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)制得凝膠，再將凝膠在60 80°C的真空烘箱中干燥6 12h， 得到前驅(qū)體粉末；四、將前驅(qū)體粉末在400 550°C的馬弗爐中焙燒4 6h，即得Cu-CeO2催 化劑；其中步驟一所述水溶液中Cu2+與Ce3+的摩爾比為0.25 0.35 l，Ce3+與檸檬酸的 摩爾比為1 1 1.5，步驟二中Ce3+與聚乙二醇之比為0. Olmol 2 4g;所述聚乙二醇 的分子量為2000 20000。本實施方式制備的Cu-CeO2催化劑催化N0+C0反應(yīng)，活性在250 300°C時已接近 完全轉(zhuǎn)化，而文獻中同類催化劑NO完全轉(zhuǎn)化要到350°C以上。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟一得到的 水溶液中金屬離子濃度為0. 08 0. 13mol/L。其它與具體實施方式
一或二之一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟一得到的 水溶液中金屬離子濃度為0. lmol/L0其它與具體實施方式
一或二之一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟二聚乙二 醇水溶液中聚乙二醇的濃度為50 70g/L。其它與具體實施方式
一或二之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟二聚乙二 醇水溶液中聚乙二醇的濃度為55 65g/L。其它與具體實施方式
一或二之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟二聚乙二 醇水溶液中聚乙二醇的濃度為60g/L。其它與具體實施方式
一或二之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是步驟二所述混 合溶液中Cu2+與Ce3+的摩爾比為0. 25:1, Ce3+與檸檬酸的摩爾比為1 :1· 3，Ce3+與聚乙二 醇的比為0. Olmol 3g;所述聚乙二醇的分子量為2000 20000。其它與具體實施方式
一 至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同的是步驟四中將前 軀體粉末在410 540°C的馬弗爐中焙燒4 5h。其它與具體實施方式
一至七之一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同的是步驟四中將前 軀體粉末在450 520°C的馬弗爐中焙燒4 5h。其它與具體實施方式
一至七之一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同的是步驟四中將前 軀體粉末在500°C的馬弗爐中焙燒4 5h。其它與具體實施方式
一至七之一相同。
具體實施方式
十一本實施方式中Cu-CeO2催化劑的制備方法如下一、將 0. 0025mol硝酸銅和0. Olmol硝酸鈰與0. Olmol檸檬酸溶解在蒸餾水中；二、將50ml聚乙 二醇濃度為40g/L的聚乙二醇水溶液滴入步驟一得到的水溶液中，攪拌8 12h，得混合溶 液；三、將混合溶液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)制得溶膠，再將溶膠在60 80°C的真空烘箱中干燥6h，得到前 軀體粉末；四、將前軀體粉末在450°C的馬弗爐中焙燒4 6h，即得Cu-CeO2催化劑；其中步 驟二所述聚乙二醇的分子量為20000。
將本實施方式制備的Cu-CeO2催化劑應(yīng)用于催化CO還原NO反應(yīng)，反應(yīng)氣NO和CO 濃度分別為4000ppm和5000ppm，He作平衡氣，空速50，OOOh—1，氣相色譜檢測反應(yīng)，測試溫 度為200°C 300°C，250°C時，NO轉(zhuǎn)化率為85%。
具體實施方式
十二本實施方式中Cu-CeO2催化劑的制備方法如下一、將 0. 0028mol硝酸銅和0. Olmol硝酸鈰與0. 014mol的檸檬酸一起溶解在IOOml蒸餾水中；二、 將50ml聚乙二醇濃度為50g/L的聚乙二醇水溶液滴入步驟一得到的水溶液中，攪拌8h，得 混合溶液；三、將混合溶液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)制得溶膠，再將溶膠在70°C的真空烘箱中干燥8h，得到 前軀體粉末；四、將前軀體粉末在500°C的馬弗爐中焙燒4h，即得Cu-CeO2催化劑；其中步驟 二所述聚乙二醇的分子量為20000。將本實施方式制備的催化劑應(yīng)用于催化CO還原NO反應(yīng)，反應(yīng)氣NO和CO濃度分 別為4000ppm和5000ppm，He作平衡氣，空速為50，OOOh—1，氣相色譜檢測反應(yīng)，測試溫度為 200°C，250°C和300°C的條件下，NO的轉(zhuǎn)化率分別為64%，96%和100%。
具體實施方式
十三本實施方式中Cu-CeO2催化劑的制備方法如下一、將 0. 003mol硝酸銅和0. Olmol硝酸鈰與0. 013mol的檸檬酸一起溶解在100ml蒸餾水中；二、 將50ml聚乙二醇濃度為50g/L的聚乙二醇水溶液滴入步驟一得到的水溶液中，攪拌8h，得 混合溶液；三、將混合溶液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)制得溶膠，再將溶膠在70°C的真空烘箱中干燥8h，得到 前軀體粉末；四、將前軀體粉末在500°C的馬弗爐中焙燒4h，即得Cu-CeO2催化劑；其中步驟 二所述聚乙二醇的分子量為20000。將本實施方式制備的催化劑應(yīng)用于催化CO還原NO反應(yīng)，反應(yīng)氣NO和CO濃度分 別為4000ppm和5000ppm，He作平衡氣，空速為50，OOOh—1，氣相色譜檢測反應(yīng)，測試溫度為 200°C、250°C和300°C的條件下，NO的轉(zhuǎn)化率分別為61%，80%和100%。
具體實施方式
十四本實施方式中Cu-CeO2催化劑的制備方法如下一、將 0. 0035mol硝酸銅和0. Olmol硝酸鈰與0. 015mol的檸檬酸一起溶解在100ml蒸餾水中；二、 將50ml聚乙二醇濃度為50g/L的聚乙二醇水溶液滴入步驟一得到的水溶液中，攪拌8h，得 混合溶液；三、將混合溶液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)制得溶膠，再將溶膠在70°C的真空烘箱中干燥8h，得到 前軀體粉末；四、將前軀體粉末在500°C的馬弗爐中焙燒4h，即得Cu-CeO2催化劑；其中步驟 二所述聚乙二醇的分子量為20000。
將本實施方式制備的催化劑應(yīng)用于催化CO還原NO反應(yīng)，反應(yīng)氣NO和CO濃度分 別為4000ppm和5000ppm，He作平衡氣，空速為50，OOOh—1，氣相色譜檢測反應(yīng)，測試溫度為 200°C、250°C和 300°C，NO 的轉(zhuǎn)化率分別為 60%，75% 和 92%。
權(quán)利要求
Cu-CeO2催化劑的制備方法，其特征在于Cu-CeO2催化劑的制備方法如下一、將硝酸銅、硝酸鈰和檸檬酸溶解在蒸餾水中，得到金屬離子濃度為0.05～0.15mol/L的水溶液；二、將濃度為40～80 g/L的聚乙二醇水溶液滴入步驟一得到的水溶液中，攪拌8～12h，得混合溶液；三、將混合溶液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)制得凝膠，再將凝膠在60～80℃的真空烘箱中干燥6～12h，得到前驅(qū)體粉末；四、將前驅(qū)體粉末在400～550℃的馬弗爐中焙燒4～6h，即得Cu-CeO2催化劑；其中步驟一所述水溶液中Cu2+與Ce3+的摩爾比為0.25～0.35﹕1，Ce3+與檸檬酸的摩爾比為1﹕1～1.5，步驟二中Ce3+與聚乙二醇之比為0.01mol﹕2～4g；所述聚乙二醇的分子量為2000～20000。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Cu-CeO2催化劑的制備方法，其特征在于步驟一得到的水溶 液中金屬離子濃度為0. 08 0. 13mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Cu-CeO2催化劑的制備方法，其特征在于步驟一得到的水溶 液中金屬離子濃度為0. lmol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Cu-CeO2催化劑的制備方法，其特征在于步驟二聚乙二 醇水溶液中聚乙二醇的濃度為50 70g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Cu-CeO2催化劑的制備方法，其特征在于步驟二聚乙二 醇水溶液中聚乙二醇的濃度為55 65g/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Cu-CeO2催化劑的制備方法，其特征在于步驟二聚乙二 醇水溶液中聚乙二醇的濃度為60g/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的Cu-CeO2催化劑的制備方法，其特征在于步驟二所述混合溶 液中Cu2+與Ce3+的摩爾比為0.25 l，Ce3+與檸檬酸的摩爾比為1 1. 3，Ce3+與聚乙二醇 的比為0. Olmol 3g ；所述聚乙二醇的分子量為2000 20000。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或7所述的Cu-CeO2催化劑的制備方法，其特征在于步驟四中將 前軀體粉末在410 540°C的馬弗爐中焙燒4 5h。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或7所述的Cu-CeO2催化劑的制備方法，其特征在于步驟四中將 前軀體粉末在450 520°C的馬弗爐中焙燒4 5h。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2或7所述的Cu-CeOJI化劑的制備方法，其特征在于步驟四中將 前軀體粉末在500°C的馬弗爐中焙燒4 5h。
全文摘要
Cu-CeO2催化劑的制備方法，它涉及一種催化劑的制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有Cu-CeO2催化劑合成方法中低效率，制備的Cu-CeO2催化劑對NO+CO反應(yīng)活性低的問題。其制備方法如下將硝酸銅、硝酸鈰和檸檬酸溶解在蒸餾水中，滴入聚乙二醇水溶液，然后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)制得溶膠，再將溶膠干燥得到前驅(qū)體粉末，前驅(qū)體粉末在400～550℃的馬弗爐中焙燒4～6h，即得Cu-CeO2催化劑。本發(fā)明的催化劑應(yīng)用于催化CO還原NO反應(yīng)，反應(yīng)溫度為200~300℃時，NO和CO的轉(zhuǎn)化率在60～100%。
文檔編號B01J23/83GK101811056SQ20101018825
公開日2010年8月25日 申請日期2010年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者付宏剛, 馮璐, 朱宇君, 袁福龍 申請人:黑龍江大學