擔載型四氧化三鈷催化劑及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種擔載型四氧化三鈷催化劑及其制備方法和應用，所述催化劑是以氧化鋁（γ-Al2O3）為載體，四氧化三鈷（Co3O4）為活性組分的擔載型催化劑，四氧化三鈷的含量為10%-90%。該方法無需高溫焙燒，降低惰性物質CoAl2O4的生成量，提高了擔載型四氧化三鈷催化劑的丙烷完全氧化活性。該發(fā)明所得擔載型四氧化三鈷催化劑，可應用于C3H8、C3H6、CH4等各種烴類的完全催化氧化反應，具有較好的反應活性。
【專利說明】擔載型四氧化三鈷催化劑及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及催化劑【技術領域】，尤其是涉及一種擔載型四氧化三鈷催化劑及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]碳氫化合物(HC)是城市空氣的主要污染源之一，與NOx發(fā)生光化學反應，有可能導致光化學煙霧污染，對人類健康和生態(tài)環(huán)境造成更嚴重的影響。同時HC，尤其是低鏈HC，結構非常穩(wěn)定，催化燃燒反應溫度很高。因此，HC的治理是當今環(huán)境治理中的重點與難點。
[0003]盡管貴金屬鈀、鉬催化劑具有較好的HC催化燃燒反應活性，但是昂貴的催化劑成本限制了其大規(guī)模應用。四氧化三鈷(Co3O4)的HC催化燃燒活性僅次于鈀、鉬，同時成本相對低廉，具有很好的工業(yè)應用前景。但是Co3O4高溫易燒結，甚至轉變成惰性的CoO成分，從而極大地降低了催化劑的活性。因此，提高Co3O4的高溫穩(wěn)定性能夠提高催化劑的活性及使用壽命。
[0004]將活性物種擔載在大比表面積載體上，通常能夠提高活性物種的高溫穩(wěn)定性。然而，文獻中報道了利用浸潰法制備的Co3O4Al2O3催化劑，由于高溫焙燒(500°C)會產(chǎn)生惰性CoAl2O4物種，而使Co3O4Al2O3催化劑得活性降低，并且載體Al2O3比表面積越大，所得催化劑的活性越低。

【發(fā)明內容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種擔載型四氧化三鈷催化劑及其制備方法和應用。
[0006]一種擔載型四氧化三鈷催化劑，其特征在于，所述催化劑是以氧化鋁(Y-Al2O3)為載體，四氧化三鈷(Co3O4)為活性組分的擔載型催化劑，四氧化三鈷的含量為10%-90%。
[0007]一種擔載型四氧化三鈷催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟；
將Y -Al2O3加到特定濃度的100毫升鈷源溶液中，逐滴滴入lmol/L碳酸鈉，溶液調節(jié)至pH，為9，20-80°C反應1-3小時，去離子水洗滌至中性，60-100°C干燥，300°C焙燒3-6小時，即可得到擔載型四氧化三鈷催化劑。
[0008]所述的鈷源為硝酸鈷、或氯化鈷。
[0009]單位質量四氧化三鈷比活性順序為30% Co3O4/ Y -Al203>20% Co3O4/ Y -Al2O3) 50%Co3O4/ Y -Al203>70% Co3O4/ y -Al2O3) 10% Co3O4/ y -Al2O3,且均高于 Co3O4 的比活性。
[0010]一種擔載型四氧化三鈷催化劑應用于丙烷、丙烯、甲烷各種烴類的完全催化氧化反應，具有較好的反應活性。
[0011]本發(fā)明利用沉積沉淀法制備Co3O4AI2O3催化劑，避免了制備過程中的高溫焙燒，降低了惰性C0Al2O4物種的生成量，得到了一種高效的Co3O4Al2O3催化劑。
[0012]本發(fā)明具有經(jīng)濟廉價，制備簡單，催化劑反應活性高等優(yōu)點。本發(fā)明以將Y-Al2O3為載體，利用沉積沉淀法制備了高效的Co3O4AI2O3催化劑；并以丙烷為模擬污染物，對催化劑進行了 HC催化燃燒性能研究。
【具體實施方式】
[0013]實施例1:
稱取0.55g的Co (NO3)2.6Η20溶于IOOmL去離子水中；將1.5g的y -Al2O3加到上述溶液，攪拌均勻后，逐滴滴入lmol/L碳酸鈉(Na2CO3)溶液至pH約為9，50°C反應lh，去離子水洗滌至中性，60°C干燥，300°C焙燒 3h，得 10%Co304/ y -Al2O30
[0014]實施例2:
稱取1.09g的Co (NO3)2.6Η20溶于IOOmL去離子水中；將1.5g的y -Al2O3加到上述溶液，攪拌均勻后，逐滴滴入lmol/L碳酸鈉(Na2CO3)溶液至pH約為9，50°C反應lh，去離子水洗滌至中性，60°C干燥，300°C焙燒 3h，得 20%Co304/ y -Al2O3。
[0015]實施例3:
稱取1.64g的Co (NO3)2.6Η20溶于IOOmL去離子水中；將1.5g的Y -Al2O3加到上述溶液，攪拌均勻后，逐滴滴入lmol/L碳酸鈉(Na2CO3)溶液至pH約為9，50°C反應lh，去離子水洗滌至中性，60°C干燥，300°C焙燒 3h，得 30%Co304/ y -Al2O3。
[0016]實施例4:
稱取2.73g的Co (NO3)2.6Η20溶于IOOmL去離子水中；將1.5g的Y -Al2O3加到上述溶液，攪拌均勻后，逐滴滴入lmol/L碳酸鈉(Na2CO3)溶液至pH約為9，50°C反應lh，去離子水洗滌至中性，60°C干燥，300°C焙燒 3h，得 50%Co304/ y -Al2O3。
[0017]實施例5:
稱取3.82g的Co (NO3)2.6Η20溶于IOOmL去離子水中；將1.5g的y -Al2O3加到上述溶液，攪拌均勻后，逐滴滴入lmol/L碳酸鈉(Na2CO3)溶液至pH約為9，50°C反應lh，去離子水洗滌至中性，60°C干燥，300°C焙燒 3h，得 70%Co304/ y -Al2O3。
[0018]對比例1:
稱取2.12g的Na2CO3溶解于20mL去離子水中，配制lmol/L Na2CO3溶液；稱取5.82g的Co (NO3)2.6H20溶于20mL去離子水中，配制lmol/L鈷溶液；將鈷溶液逐滴滴入堿溶液中，50°C水浴中反應lh，去離子水洗滌至中性，100°C干燥，300°C焙燒3h，得Co304。
[0019]應用例1:
催化劑催化性能評價是在內徑8_，長250_的石英管反應器中進行。原料氣空速為lOOOOOmLg—^ttT1，丙烷濃度20ppm，平衡氣為空氣。催化性能測試結果見表1。
[0020]表1 Co3O4Al2O3和Co3O4在200°C下的丙烷催化燃燒比活性
【權利要求】
1.一種擔載型四氧化三鈷催化劑，其特征在于，所述催化劑是以氧化鋁(Y-Al2O3)為載體，四氧化三鈷(Co3O4)為活性組分的擔載型催化劑，四氧化三鈷的含量為10%-90%。
2.根據(jù)權利要求書I所述擔載型四氧化三鈷催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟； 將Y -Al2O3加到特定濃度的100毫升鈷源溶液中，逐滴滴入lmol/L碳酸鈉，溶液調節(jié)至pH，為9，20-80°C反應1-3小時，去離子水洗滌至中性，60-100°C干燥，300°C焙燒3-6小時，即可得到擔載型四氧化三鈷催化劑。
3.根據(jù)權利要求書2所述擔載型四氧化三鈷催化劑的制備方法，其特征在于，所述的鈷源為硝酸鈷、或氯化鈷。
4.根據(jù)權利要求書2所述擔載型四氧化三鈷催化劑的制備方法，其特征在于，單位質量四氧化三鈷比活性順序為 30% Co3O4/ Y -Al203>20% Co3O4/ y -Al2O3) 50% Co3O4/Y -Al203>70% Co3O4/ y -Al2O3) 10% Co3O4/ y -Al2O3,且均高于 Co3O4 的比活性。
5.由權利要求書I所述的擔載型四氧化三鈷催化劑應用于丙烷、丙烯、甲烷各種烴類的完全催化氧化反應，具有較好的反應活性。
【文檔編號】F23G7/07GK104014340SQ201410229652
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權日:2014年5月28日
【發(fā)明者】何丹農, 趙昆峰, 高振源, 董亞梅, 王婷 申請人:上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司