CN103990461B - 四氧化三钴的丙烷完全催化氧化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氧化三钴的丙烷完全催化氧化剂及其制备方法和应用。将沉淀剂，溶解于去离子水中，配制1mol/L，或2mol/L的沉淀剂溶液；将可溶性钴盐溶于去离子水，配制1mol/L钴溶液；钴溶液逐滴滴入化学计量比的碱溶液中，20‑80℃反应1‑3小时，去离子水洗涤至中性，60‑100℃干燥，300‑500℃焙烧3‑6小时，即可得到四氧化三钴的丙烷完全催化氧化剂。该发明所得的四氧化三钴催化剂，在原料气空速为100000 mLg‑1 cat h‑1，丙烷浓度为20ppm的条件下，220oC即可实现90%以上的转化。该发明所得四氧化三钴催化剂，其可应用于：C3H8、C3H6、CH4等各种烃类的完全催化氧化反应，具有较好的反应活性。

Description

四氧化三钴的丙烷完全催化氧化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及催化剂技术领域，尤其是涉及一氧化三钴的丙烷完全催化氧化剂及其制备方法和应用。
背景技术
机动车尾气（PM（颗粒物）、CO、NOx和HC（碳氢化合物））排放是我国当前大气污染的主要来源之一。关于机动车尾气治理，已经引起了社会的广泛关注，并且也取得了很好的进展，但HC治理始终是一个难以攻克的难题。
HC主要是机动车发动机中燃料燃烧不完全的产物，能够刺激眼睛、呼吸器官及皮肤，有些甚至是潜在致畸、致癌物质。在强烈太阳光照射下，HC与NOx发生光化学反应，可能导致光化学烟雾污染，对人类健康和生态环境造成更严重的影响。此外，HC悬浮物质还有可能造成热岛效应令极端天气频发。
关于HC的治理主要采取吸附富集的方法，但吸附法存在吸附饱和、易造成二次污染以及吸附材料再生困难等问题。因此，最理想的HC治理方法依然是催化氧化方法。HC结构稳定，其完全催化氧化反应温度一般在300-400oC，甚至更高。常用催化剂为钙钛矿、尖晶石、水滑石衍生的复合氧化物等，贵金属铂、钯催化剂虽然具有较高的催化活性，但成本很高，难于实际应用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明氧化三钴的丙烷完全催化氧化剂及其制备方法和应用。
一种四氧化三钴的丙烷完全催化氧化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）称取沉淀剂，溶解于去离子水中，配制1mol/L，或2mol/L的沉淀剂溶液；
（2）将可溶性钴盐溶于去离子水，配制1mol/L钴溶液；
（3）将钴溶液逐滴滴入化学计量比的碱溶液中，20-80℃反应1-3小时，去离子水洗涤至中性，60-100℃干燥，300-500℃焙烧3-6小时，即可得到四氧化三钴的丙烷完全催化氧化剂。
所述钴盐为为硝酸钴,或氯化钴,或乙酸钴；所述沉淀剂为碳酸钠、或氢氧化钠，或氨水。
一种四氧化三钴的丙烷完全催化氧化剂，其特征在于，根据上述任一权利要求所述方法制备得到。
所述四氧化三钴的丙烷完全催化氧化剂应用于丙烷、丙烯、甲烷各种烃类的完全催化氧化反应。
本发明具有经济廉价，制备简单，催化剂反应活性高等优点。最优四氧化三钴催化剂，在原料气空速为100000mLg-1 cath-1，丙烷浓度为20ppm的条件下，220oC即可实现90%以上的转化。
具体实施方式
实施例1：
称取2.12g的Na2CO3溶解于20mL去离子水中，配制1mol/LNa2CO3溶液；称取5.82g的Co(NO3)2·6H2O溶于20mL去离子水中，配制1mol/L钴溶液；将钴溶液逐滴滴入碱溶液中，50℃水浴中反应1h，去离子水洗涤至中性，100℃干燥，300℃焙烧3小时，得Co3O4-C。
实施例2：
称取2.90mL的25%NH3·H2O，稀释成2mol/LNH3·H2O溶液；称取5.82g的Co(NO3)2·6H2O溶于20mL去离子水中，配制1mol/L钴溶液；将钴溶液逐滴滴入碱溶液中，50℃水浴中反应1小时，去离子水洗涤至中性，100℃干燥，300℃焙烧3h，得Co3O4-N。
实施例3：
称取1.60g的NaOH溶解于20mL去离子水中，配制2mol/LNaOH溶液；称取5.82g的Co(NO3)2·6H2O溶于20mL去离子水中，配制1mol/L钴溶液；将钴溶液逐滴滴入碱溶液中，50℃水浴中反应1h，去离子水洗涤至中性，100℃干燥，300℃焙烧3h，得Co3O4-O。pH计检测溶液滴加后，pH值为6.5，四氧化三钴记作Co3O4-O-6.5。
实施例4：
称取1.60g的NaOH溶解于20mL去离子水中，配制2mol/LNaOH溶液；称取5.82g的Co(NO3)2·6H2O溶于20mL去离子水中，配制1mol/L钴溶液；将钴溶液逐滴滴入碱溶液中至pH值为8.5，50℃水浴中反应1h，去离子水洗涤至中性，100℃干燥，300℃焙烧3h，得Co3O4-O-8.5。
实施例5：
称取1.60g的NaOH溶解于20mL去离子水中，配制2mol/LNaOH溶液；称取5.82g的Co(NO3)2·6H2O溶于20mL去离子水中，配制1mol/L钴溶液；将钴溶液逐滴滴入碱溶液中至pH值为10.0，50℃水浴中反应1h，去离子水洗涤至中性，100℃干燥，300oC焙烧3h，得Co3O4-O-10.0。
实施例6：
称取1.60g的NaOH溶解于20mL去离子水中，配制2mol/LNaOH溶液；称取5.82g的Co(NO3)2·6H2O溶于20mL去离子水中，配制1mol/L钴溶液；将钴溶液逐滴滴入碱溶液中至pH值为11.6，50℃水浴中反应1h，去离子水洗涤至中性，100℃干燥，300℃焙烧3h，得Co3O4-O-11.6。
实施例7：
称取1.60g的NaOH溶解于20mL去离子水中，配制2mol/LNaOH溶液；称取5.82g的Co(NO3)2·6H2O溶于20mL去离子水中，配制1mol/L钴溶液；将钴溶液逐滴滴入碱溶液中至pH值为14.0，50℃水浴中反应1h，去离子水洗涤至中性，100℃干燥，300℃焙烧3h，得Co3O4-O-14.0。
应用例1：
催化剂的活性测试
催化剂催化性能评价是在内径8mm，长250mm的石英管反应器中进行。原料气空速为100000mLg-1 cath-1，丙烷浓度20ppm，平衡气为空气。催化性能测试结果见表1。
表1催化剂丙烷完全催化氧化反应性能测试结果
表1说明，不同沉淀剂对四氧化三钴的丙烷完全催化氧化活性影响很大；而相同沉淀剂，初始碱溶液浓度相同，沉淀后反应液的pH值对于四氧化三钴活性的影响不大。

Claims (3)

1.一种四氧化三钴的丙烷完全催化氧化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）称取沉淀剂，溶解于去离子水中，配制1mol/L，或2mol/L的沉淀剂溶液；
（2）将可溶性钴盐溶于去离子水，配制1mol/L钴溶液；
（3）将钴溶液逐滴滴入化学计量比的碱溶液中，20-80℃反应1-3小时，去离子水洗涤至中性，60-100℃干燥，300-500℃焙烧3-6小时，即可得到四氧化三钴的丙烷完全催化氧化剂；
所述钴盐为为硝酸钴,或氯化钴,或乙酸钴；所述沉淀剂为碳酸钠、或氢氧化钠，或氨水。
2.一种四氧化三钴的丙烷完全催化氧化剂，其特征在于，根据权利要求1所述方法制备得到。
3.由权利要求2所述四氧化三钴的丙烷完全催化氧化剂应用于丙烷、丙烯、甲烷各种烃类的完全催化氧化反应。
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