CN104069869A - 一种整装式催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种整装式催化剂及其制备方法和应用。所述的整装式催化剂是一种多孔化的锚附氧化物的金属相载体上负载活性贵金属或负载活性贵金属及助剂金属氧化物的催化剂。该催化剂的制备是首先用酸或碱对金属相骨架或经合金化处理后的金属相骨架进行多孔化处理后进行焙烧，制得多孔化的锚附氧化物的金属相载体；然后用含M1离子的溶液、或含M1离子的溶液和含M2离子的溶液、或含M1离子及M2离子的混合溶液对所制备的金属相载体进行等体积浸渍处理和焙烧，制得所述的整装式催化剂。本发明提供的整装式催化剂可用于煤层气脱氧净化和低浓度甲烷及VOCs催化燃烧脱除反应，具有高效、高活性和高选择性优点，具有显著性工业应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种整装式催化剂及其制备方法和应用，具体说，是涉及一种多孔化的锚附氧化物的金属相载体上负载活性贵金属或负载活性贵金属及助剂金属氧化物的整装式催化剂及其制备方法和其在煤层气脱氧净化和低浓度甲烷及VOCs(挥发性有机化合物)催化燃烧脱除中的应用，属于催化技术领域。
背景技术
煤层气俗称瓦斯气，其主要成分为甲烷，是煤伴生/并生的一种非常规天然气。由于煤层气不含常规天然气必不可少的硫等有害杂质，也不含苯、汞、铅等可致癌有毒物，所以煤层气是世界公认的优质清洁能源。
开采出的煤层气主要有两种：一种是地面钻井抽采气，其煤层气中甲烷含量较高，在90％以上，其余为氮气；另一种是采煤区和采空区抽采的煤层气—井下抽放煤层气，其甲烷浓度在20～80％之间，含氧量在4.2～16.8％之间，其余为氮气。前者适合输入天然气管道系统，用作发电燃料、工业燃料、车用燃料、化工原料和居民生活燃料。而后者通常只能就地作为民用燃料，绝大部分被燃烧放空，不仅浪费资源，而且因其温室效应对生态环境破坏极强。同时，我国煤层气储量居世界第三，而煤层气利用率仅为30％左右，大部分都放空排放，年排放量为160亿Nm3，居世界第一，面临严峻的减排压力。每1000立方米煤层气相当于1吨燃油和1.25吨标准煤，造成极大的资源浪费。因此，科学合理地利用煤层抽放气，具有节能减排重要意义。
煤层气开发利用的关键在于脱除其中的氧气，现有的煤层气脱氧技术主要有变压吸附分离法，焦炭燃烧法，催化脱氧法等。中国专利ZL85103557公布了一种利用变压吸附法从煤层气中分离富集甲烷的方法。一般情况下，甲烷在浓缩提纯过程中排放废气的氧含量也被浓缩提高，由于废气中不可避免的含有5～15％的甲烷，致使排放的废气处于甲烷的爆炸极限范围，存在爆炸危险，这使得该技术的应用受到限制。焦炭燃烧法脱氧(ZL02113627.0、200610021720.1)是在高温条件下，富含甲烷气体中的氧与焦炭反应，同时部分甲烷与氧反应从而达到脱氧目的。其优点在于约70％的氧与焦炭反应，30％的氧与甲烷反应，因此甲烷损失较小。但缺点在于要消耗宝贵的焦炭资源，焦炭消耗成本约占整个运行费用的50％左右。此外，焦炭脱氧法在加焦、出渣时劳动强度大，环境灰尘大，难以实现自控操作及大规模生产，且焦炭中带有多种形态的硫化物，导致除氧后气体中含硫量增加。催化脱氧工艺的本质是富燃贫氧气氛下甲烷的催化燃烧，在适当催化剂作用下，将CH4氧化转化为CO2和H2O，此过程可将煤层气中含氧量降到0.5％以下，并彻底消除了操作过程的安全隐患。同时工艺操作简便，便于自动控制及大规模拓展，设备简单，从经济性角度而言，该技术亦具有较好的商业价值。
催化脱氧工艺涉及的主要反应为CH4+2O2→CO2+2H2O，属于强放热反应，若直接脱除10％左右的O2，则需消耗5％的CH4，由此可能导致催化剂床层温度达1000℃以上(气体绝热温升约700℃)。因此，在工艺流程上，采用循环反应器和部分产品气循环工艺，可以将床层温度控制在650℃以下以降低反应器成本和延长催化剂寿命，同时可以避免由于反应温度过高所引起的副反应发生(由反应体系热力学分析可知，650℃以下甲烷的水蒸气重整反应和裂解积碳反应发生的可能性较小)。相应地，寻求一种起燃温度较低、能在富燃贫氧气氛下长时间稳定操作的CH4催化燃烧催化剂，是煤层气催化脱氧工艺的关键所在。
目前含氧煤层气脱氧所用的催化剂主要有两类：钯、铂等贵金属负载型催化剂和钙钛型复合非贵金属催化剂。与各种非贵金属氧化物催化剂相比，负载型贵金属催化剂具有更高的催化活性、更低的起燃温度以及更好的抗毒性能，因而被广泛的应用于甲烷催化燃烧过程。以甲烷氧化为例，贵金属Pd的催化活性高于Pt和Rh，且通常以Al2O3、SiO2、TiO2及ZrO2等为载体。对于贵金属Pd催化剂，存在一个不容忽视的现象—高温活性振荡现象。在富氧反应条件下，Pd极易向PdO转化，随着反应温度升高，PdO又可被还原分解为金属Pd。PdO→Pd的分解转换温度因原料气及催化剂组成的影响而有所不同，一般在700～800℃左右。这种不稳定的平衡及相互转换，会引起催化床层温度和反应速率的振荡，在反应低于分解转换温度的条件下观察不到，但在超过此温度条件下，催化活性会随着反应温度升高而上升又伴随着突然的活性下降。为缓解这种催化活性振荡现象，人们通过诸如采用多金属活性组分催化剂如Pd-Pt(J.Catal.,2005,231:139)和Pd-Pt-Ni(JP61033233)、在Pd基催化剂中加入Ce、La、Nd、Sm等稀土元素(USP5216875)、以及采用贵金属PdO/Pd多层分布(JP63088041)的特殊催化剂制备方法等来延缓PdO→Pd形态的转变，虽然这些手段在一定程度上均抑制了催化剂活性的振荡，但是在富燃贫氧条件下的甲烷催化燃烧过程中，上述催化活性振荡现象不仅依然存在，而且表现得更为频繁和剧烈。这是因为，一方面随着反应进行和氧气浓度逐渐降低，PdO→Pd的分解转换温度会逐渐前移；另一方面，在整体的还原气氛下，PdO会在较低的温度下就被迅速完全还原为Pd，造成催化剂活性位丧失，严重时可能引起反应床层温度低于催化剂起燃温度，导致反应终止熄火，致使通过煤层气催化燃烧的方式进行脱氧净化的技术方案难以实现。
与此同时，随着现代工业和交通运输业的迅速发展，对能源的需求量也随之增大，而且工业过程中排放出大量有害气体对人体健康造成极大危害，环境污染已成为全球性的一大难题。催化氧化烃类及其衍生物(包括低浓度甲烷和挥发性有机物)是一条充分利用能源并做到有害气体零排放的有效途径。挥发性有机物(VOCs)通常是指室温下饱和蒸汽压大于133.3Pa、沸点在50-260℃的易挥发性的有机化合物，主要包括脂肪烃类、卤代烃类、芳香烃类以及醇醛酮等。VOCs排入大气中后，有的会在太阳光照射下与氮氧化物发生光化学反应，形成光化学烟雾，产生严重的环境污染，同时还直接危害人体健康。例如，人体吸入芳香烃后，中枢神经受损，造成神经系统障碍和贫血中毒，且苯已被世界卫生组织列为可疑潜在致癌物质。
国内外对VOCs的控制技术主要有物理法和化学法。物理法包括吸附法、冷凝法和膜分离法，这是一种非破坏性的方法，其优点是可以回收VOCs，但易引起二次污染；化学法包括焚烧法、热或光催化氧化法、生物法等，这是一种破坏性的方法，其优点是VOCs去除率高，但耗能多。在各种挥发性有机物的消除方法中，尽管催化燃烧法无法回收VOCs且受其浓度和流量限制，但它可在催化剂作用下将有机废气转化为二氧化碳和水，因其设备简单及对1000ppm以上低价值有机废气处理效果良好而被广泛研究。由于气体预热费用高于设备投资，提高催化剂的活性对于催化燃烧催化剂的实际应用至关重要。
综上所述，甲烷和VOCs催化燃烧反应都存在强烈的热效应，寻找一种高活性、高稳定性、优良导热性、使用方便、制备简单的用于甲烷脱氧和低浓度甲烷及VOCs催化燃烧的催化剂是一个富有挑战性和实际应用价值的研究课题。
发明内容
针对甲烷富燃贫氧催化燃烧工况和低浓度甲烷以及VOCs消除过程所存在的上述问题，本发明的目的是提供一种具有高活性、低起燃温度、高稳定性、优良导热性、使用方便、制备简单且不需要预还原等优点的整装式催化剂及其制备方法和其在煤层气脱氧净化和低浓度甲烷及VOCs(挥发性有机化合物)催化燃烧脱除中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种整装式催化剂，是一种多孔化的锚附氧化物的金属相载体上负载活性贵金属或负载活性贵金属及助剂金属氧化物的催化剂，具有如下通式：xM1-yM2O/zMO-MZT，其中：M1表示活性贵金属，M2O表示助剂金属氧化物，MZT表示金属相骨架，MO表示MZT骨架金属对应的氧化物，x表示M1在整装式催化剂中所占的质量百分数，y表示M2O在整装式催化剂中所占的质量百分数，z表示MO在整装式催化剂中所占的质量百分数；且x为0.1～5％，y为0～10％，z为1～20％，余量为金属相骨架MZT所占的质量百分数。
作为优选方案，所述的M1选自钯、铂、钌、铑、铱、金、银中的至少一种。
作为优选方案，所述的M2O选自碱金属、碱土金属、镧系稀土金属、硼、铝、镓、钛、锆、硅、锰氧化物中的至少一种。
作为优选方案，所述MZT的材质为镍、铜、铝、铁、白铜、黄铜中的任意一种。
作为一种优选方案，所述MZT是直径为4～150微米的纤维或由该纤维烧结而成的具有三维多孔结构的整体式金属纤维。
作为另一种优选方案，所述MZT为泡沫金属。
作为进一步优选方案，所述的整装式催化剂的孔隙率为60～95％。
一种制备本发明所述的整装式催化剂的方法，包括如下步骤：
a)用酸或碱对金属相骨架MZT或经合金化处理后的金属相骨架进行多孔化处理，然后进行清洗、干燥和焙烧，制得多孔化的锚附氧化物的金属相载体，记为：MO-MZT；
b)用含M1离子的溶液、或含M1离子的溶液和含M2离子的溶液、或含M1离子及M2离子的混合溶液对所制备的金属相载体MO-MZT进行等体积浸渍处理，然后进行清洗、干燥和焙烧，制得所述的整装式催化剂，记为：xM1-yM2O/zMO-MZT。
作为优选方案，对金属相骨架进行合金化处理的操作包括如下步骤：
①将铝粉分散在水中，制得含铝粉的悬浊液；
②用上述含铝粉的悬浊液等体积浸渍金属相骨架MZT；
③干燥，然后在550～650℃下进行固-固合金化反应。
作为进一步优选方案，上述金属相骨架MZT的材质为镍、铜或铁。
作为进一步优选方案，所述铝粉选用粒径为1～10微米的超细铝粉。
作为进一步优选方案，铝粉与金属相骨架的质量比为(0.5～10):100。
作为进一步优选方案，固-固合金化反应在高纯保护气氛(例如：纯度等于或高于99.999％的氮、氢、氩或氦气气氛)中进行或真空中进行。
作为优选方案，步骤a)中的焙烧温度为150～650℃。
作为优选方案，步骤b)中的焙烧温度为300～600℃。
步骤b)中所述溶液可以为水溶液，也可以为有机溶液(例如：醇溶液、酮溶液、醚溶液、甲苯溶液等)。
所述的多孔化处理是将金属相骨架MZT或经合金化处理后的金属相骨架放入酸或碱溶液中，在室温～60℃下进行金属与酸或碱的反应，使形成多孔结构。所述的酸优选为无机酸，例如：盐酸；所述的碱优选为无机碱，例如：氢氧化钠。
本发明所述的整装式催化剂可应用于煤层气甲烷催化燃烧脱氧净化或低浓度甲烷和挥发性有机化合物催化燃烧脱除。
与现有技术相比，本发明提供的整装式催化剂在性能上具有结构稳定、导热性好、渗透率高等优点，在使用中具有易于成型、易于装填、易于存放等优点，且其制备方法简单、原料易得、结构可控；相比传统氧化物载体负载型催化剂颗粒填充固定床，本发明的整体式金属相载体负载型催化剂的大孔隙率可以大大降低床层两端的压降，其高导热性可以使得床层内温度更为均匀，能完全满足甲烷催化燃烧反应的催化性能要求，用于煤层气脱氧净化和低浓度甲烷及VOCs催化燃烧脱除过程，具有高效、高活性和高选择性优点，具有显著性工业应用价值。
附图说明
图1是实施例1制备的整装式催化剂：0.5Pd/19NiO-Ni8-SMF的SEM照片；
图2是实施例1制备的整装式催化剂：0.5Pd/19NiO-Ni8-SMF的X-射线衍射图；
图3是实施例1制备的整装式催化剂：3Pd/20NiO-Ni8-SMF的X-射线衍射图；
图4是实施例5制备的整装式催化剂：1Pd/16NiO-Ni-foam的SEM照片；
图5是实施例6制备的整装式催化剂：0.5Pd-2.5CeO2-2.5Al2O3/15NiO-Ni-foam的SEM照片；
图6是实施例6制备的整装式催化剂：0.5Pd-2.5CeO2-2.5Al2O3/15NiO-Ni-foam的X-射线衍射图；
图7是实施例9制备的整装式催化剂：0.1Pt/9CuO-Cu-foam的SEM照片；
图8是实施例9制备的整装式催化剂：0.1Pt/9CuO-Cu-foam的X-射线衍射图；
图9是实施例10制备的整装式催化剂：0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF在低倍镜下的SEM照片；
图10是实施例10制备的整装式催化剂：0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF在高倍镜下的SEM照片；
图11是实施例10制备的整装式催化剂：0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF的X-射线衍射图；
图12是实施例13制备的整装式催化剂：0.5Pd-1.5La2O3/8CuO-BT-foam的SEM照片；
图13是实施例13制备的整装式催化剂：0.5Pd-1.5La2O3/8CuO-BT-foam的X-射线衍射图；
图14是实施例1制备的整装式催化剂：2Pd/19NiO-Ni8-SMF用于催化甲烷富燃贫氧燃烧时，氧气转化率随温度的变化曲线；
图15是实施例5制备的整装式催化剂：1Pd/16NiO-Ni-foam用于催化甲烷富燃贫氧燃烧时，氧气转化率随温度的变化曲线；
图16是实施例6制备的整装式催化剂：0.5Pd-2.5CeO2-2.5Al2O3/15NiO-Ni-foam用于催化甲烷富燃贫氧燃烧时，氧气转化率随温度的变化曲线；
图17是实施例10制备的整装式催化剂：0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF用于催化甲烷富燃贫氧燃烧时，氧气转化率随温度的变化曲线；
图18是实施例5制备的整装式催化剂：1Pd/16NiO-Ni-foam在甲烷富燃贫氧燃烧催化反应中的稳定性测试结果；
图19是实施例5制备的整装式催化剂：1Pd/16NiO-Ni-foam在甲烷富燃贫氧燃烧催化反应300小时后，氧气转化率随温度的变化曲线；
图20是实施例5制备的整装式催化剂：1Pd/16NiO-Ni-foam在用于催化低浓度甲烷燃烧消除反应时，甲烷转化率随温度的变化曲线；
图21是实施例10制备的整装式催化剂：0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF在用于催化低浓度甲烷燃烧消除反应时，甲烷转化率随温度的变化曲线；
图22是实施例10制备的整装式催化剂：0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF在用于催化低浓度甲烷燃烧消除反应时，不同空速下甲烷转化率随温度的变化曲线；
图23是实施例6制备的整装式催化剂：0.5Pd-2.5CeO2-2.5Al2O3/15NiO-Ni-foam在用于催化低浓度甲烷燃烧消除反应时，甲烷转化率随温度的变化曲线；
图24是实施例10制备的整装式催化剂：0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF在用于催化低浓度丙烯燃烧消除反应时，丙烯转化率随温度的变化曲线；
图25是实施例10制备的整装式催化剂：0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF在用于催化低浓度丙烷燃烧消除反应时，丙烷转化率随温度的变化曲线；
图26是实施例10制备的整装式催化剂：0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF在用于催化低浓度甲苯燃烧消除反应时，甲苯转化率随温度的变化曲线；
图27是实施例10制备的整装式催化剂：0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF在用于催化低浓度氯苯燃烧消除反应时，氯苯转化率随温度的变化曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步阐明：
实施例1
一、称取直径为8微米、长度为2～5毫米的镍金属纤维5克和长度为0.1～1毫米的纤维素纤维2.5克及1.5升水加入到搅拌机中，充分搅拌成均匀分散的纤维浆后转移到造纸机内，将水加到8.5升，搅拌、排水后成型；待干燥后在空气氛中于500℃焙烧1小时；再在氢气中于950℃烧结1小时，将产品的厚度通过压制控制在1毫米，得到烧结金属镍纤维骨架，表示为Ni8-SMF；
二、将步骤一制得的烧结金属镍纤维骨架裁剪成直径为18毫米圆片并称取5克置于50毫升烧杯中，在室温下，加入含0.1克粒径为1～3微米的铝粉(铝粉/金属载体的质量比为2/100)的悬浊液进行等体积浸渍，然后干燥，再在高纯保护气氛中于600℃下进行固-固合金化反应(约2小时)，得到经合金化处理后的金属相骨架；
三、将步骤二制得的经合金化处理后的金属相骨架，在室温至60℃下用浓度为15wt％的氢氧化钠水溶液进行抽铝反应1小时，经蒸馏水冲洗、烘干后，在空气中、于650℃焙烧0.5小时，得到多孔化的锚附氧化物的金属相载体，表示为NiO-Ni8-SMF；
四、称取步骤三制得的金属相载体5克，用含0.025克Pd的Pd(NO3)2水溶液，在室温下进行等体积浸渍，烘干后，在空气中于500℃焙烧2小时，即得锚附NiO的烧结镍金属纤维载体上负载钯的整装式催化剂。
经等离子电感耦合原子发射光谱测定得知：本实施例所制备的催化剂中，Pd的质量含量为0.52％；经程序升温还原分析测定，本实施例所制备的催化剂中，NiO的质量含量为19％；因此，本实施例所制备的催化剂简记为：0.5Pd/19NiO-Ni8-SMF。
图1是本实施例制备的整装式催化剂：0.5Pd/19NiO-Ni8-SMF的SEM照片，由图1可见：在烧结镍纤维表面形成均匀的团簇状多孔催化剂层。
图2是本实施例制备的整装式催化剂：0.5Pd/19NiO-Ni8-SMF的X-射线衍射图，由图2可见：除金属镍和对应NiO的衍射峰外，未检测到Pd及PdO的衍射峰，表明在Pd含量较低(～0.5％)时，钯在载体表面均匀分散，且形成的钯颗粒较小(<5纳米)。
经宏观测量得知：本实施制备的整装式催化剂：0.5Pd/19NiO-Ni8-SMF的孔隙率为95％。
将本实施例步骤一中的镍金属纤维的直径替换为4微米，经多孔化处理后的焙烧工艺替换为在350℃焙烧1小时，所得到的整装式催化剂简记为：0.5Pd/5NiO-Ni4-SMF。
将本实施例步骤二中铝粉的质量替换为0.025g或0.50g，经多孔化处理后的焙烧工艺替换为在350℃焙烧1小时，所得到的整装式催化剂简记为：0.5Pd/2NiO-Ni8-SMF或0.5Pd/12NiO-Ni8-SMF。
本实施例步骤三中的固-固合金化反应可替换为在550℃反应2～10小时或在650℃反应1～2小时；步骤三中的氢氧化钠水溶液浓度可以替换为5～15wt％或15～20wt％；抽铝反应时间可替换为1～6小时。
将本实施例步骤四中的焙烧温度替换为400℃，所得到的整装式催化剂简记为：0.5Pd/18NiO-Ni8-SMF。
本实施例步骤四中的焙烧时间可替换为0.5～2小时。
将本实施例步骤四中，用于等体积浸渍5克载体的Pd(NO3)2水溶液中Pd的质量替换为0.005克、0.010克、0.050克、0.100克或0.15克，所得到的整装式催化剂简记为：0.1Pd/19NiO-Ni8-SMF，0.2Pd/19NiO-Ni8-SMF，1Pd/19NiO-Ni8-SMF、2Pd/20NiO-Ni8-SMF和3Pd/20NiO-Ni8-SMF。
图3是所制备的整装式催化剂：3Pd/20NiO-Ni8-SMF的X-射线衍射图；由图3可见：除金属镍和对应NiO的衍射峰，也检测到了Pd及PdO的衍射峰，表明在Pd含量较高(如3％)时，钯的颗粒较大(～10纳米)。
实施例2
一、同实施例1的步骤一；
二、同实施例1的步骤二；
三、将步骤二制得的经合金化处理后的金属相骨架，在室温至60℃下用浓度为15wt％的氢氧化钠水溶液进行抽铝反应1小时，经蒸馏水冲洗、烘干后，在空气中、于500℃焙烧1小时，得到多孔化的锚附氧化物的金属相载体，表示为NiO-Ni8-SMF；
四、称取步骤三制得的金属相载体5克，用含0.025克Pd和含0.125克CeO2的硝酸盐水溶液，在室温下进行等体积浸渍，烘干后，在空气中于500℃焙烧2小时，即得锚附NiO的烧结镍金属纤维载体上负载钯-氧化铈的整装式催化剂。
经等离子电感耦合原子发射光谱测定得知：所制备的催化剂中，Pd的质量含量为1％，CeO2的质量含量为2.5％；经程序升温还原分析测定，所制备的催化剂中，NiO的质量含量为15％；因此，本实施例所制备的催化剂简记为：1Pd-2.5CeO2/15NiO-Ni8-SMF。
经宏观测量得知：本实施制备的整装式催化剂：1Pd-2.5CeO2/15NiO-Ni8-SMF的孔隙率为95％。
实施例3
一、同实施例1的步骤一；
二、同实施例1的步骤二；
三、将步骤二制得的经合金化处理后的金属相骨架，在室温至60℃下用浓度为15wt％的氢氧化钠水溶液进行抽铝反应1小时，经蒸馏水冲洗、烘干后，在空气中、于450℃焙烧1小时，得到多孔化的锚附氧化物的金属相载体，表示为NiO-Ni8-SMF；
四、称取步骤三制得的金属相载体5克，用含0.025克Pd、0.025克Au及0.125克CaO的硝酸钯、氯金酸和硝酸钙的混合水溶液，在室温下进行等体积浸渍，烘干后，在空气中于500℃焙烧2小时，即得锚附NiO的烧结镍金属纤维载体上负载钯-金-氧化钙的整装式催化剂。
经等离子电感耦合原子发射光谱测定得知：所制备的催化剂中，Pd的质量含量为0.5％，Au的质量含量为0.5％，CaO的质量含量为2.5％；经程序升温还原分析测定，所制备的催化剂中，NiO的质量含量为11％；因此，本实施例所制备的催化剂简记为：0.5Pd-0.5Au-2.5CaO/11NiO-Ni8-SMF。
经宏观测量得知：本实施制备的整装式催化剂：0.5Pd-0.5Au-2.5CaO/11NiO-Ni8-SMF的孔隙率为95％。
实施例4
一、同实施例1的步骤一；
二、同实施例1的步骤二；
三、同实施例3的步骤三；
四、称取步骤三制得的金属相载体5克，先用含0.025克Au的HAuCl4水溶液，在室温下进行等体积浸渍后，于200℃焙烧；再用含0.025克Ag的硝酸银和含0.125克K2O的硝酸钾混合水溶液，在室温下进行等体积浸渍；烘干后在空气中于500℃焙烧2小时，即得锚附NiO的烧结镍金属纤维载体上负载金-银-氧化钾的整装式催化剂。
经等离子电感耦合原子发射光谱测定得知：所制备的催化剂中，Au的质量含量为0.5％，Ag的质量含量为0.5％，K2O的质量含量为2.5％；经程序升温还原分析测定，所制备的催化剂中，NiO的质量含量为12％；因此，本实施例所制备的催化剂简记为：0.5Au-0.5Ag-2.5K2O/12NiO-Ni8-SMF。
经宏观测量得知：本实施制备的整装式催化剂：0.5Au-0.5Ag-2.5K2O/12NiO-Ni8-SMF的孔隙率为95％。
实施例5
1、称取泡沫镍5克，加入含0.3克粒径为1～3微米的铝粉(铝粉/金属载体的质量比为6/100)的悬浊液进行等体积浸渍，然后干燥，再在高纯保护气氛中于600℃下进行固-固合金化反应(约2小时)，得到经合金化处理后的金属相骨架；
2、将步骤1制得的经合金化处理后的金属相骨架，在室温至60℃下用浓度为15wt％的氢氧化钠水溶液进行抽铝反应1小时，经蒸馏水冲洗、烘干后，在空气中、于450℃焙烧0.5小时，得到多孔化的锚附氧化物的金属相载体，表示为NiO-Ni-foam；
3、称取步骤2制得的金属相载体5克，用含0.05克Pd的Pd(NO3)2水溶液，在室温下进行等体积浸渍，烘干后，在空气中于500℃焙烧2小时，即得锚附NiO的泡沫镍载体上负载钯的整装式催化剂。
经等离子电感耦合原子发射光谱测定得知：本实施例所制备的催化剂中，Pd的质量含量为0.96％；经程序升温还原分析测定，本实施例所制备的催化剂中，NiO的质量含量为16％；因此，本实施例所制备的催化剂简记为：1Pd/16NiO-Ni-foam。
经宏观测量得知：本实施制备的整装式催化剂：1Pd/16NiO-Ni-foam的孔隙率为80％。
图4是本实施例制备的整装式催化剂：1Pd/16NiO-Ni-foam的SEM照片，由图4可见：在泡沫镍表面形成了由～0.5微米海胆状颗粒均匀排布的多孔催化剂层。
将本实施例中的泡沫镍替换为泡沫铁，所得到的整装式催化剂简记为：1Pd/14FeOx-Fe-foam。
若在本实施例步骤3，用含0.25克Pd的Pd(Ac)2丙酮溶液等体积浸渍5克载体，则所得到的整装式催化剂简记为：5Pd/18NiO-Ni-foam。
若在本实施例步骤3，用含0.01克Pt的H2PtCl6水溶液或含0.025克Ir的Ir(NO3)2水溶液或含0.01克Rh的Rh(CH3COO)2水溶液、或含0.05克Ru的C14H27O18Ru3(醋酸钌)水溶液等体积浸渍5克载体，则所得到的整装式催化剂分别简记为：0.2Pt/18NiO-Ni-foam、0.5Ir/18NiO-Ni-foam、0.2Rh/18NiO-Ni-foam、1Ru/18NiO-Ni-foam。
实施例6
1、同实施例5的步骤1；
2、将步骤1制得的经合金化处理后的金属相骨架，在室温至60℃下用浓度为15wt％的氢氧化钠水溶液进行抽铝反应1小时，经蒸馏水冲洗、烘干后，在空气中、于550℃焙烧2小时，得到多孔化的锚附氧化物的金属相载体，表示为NiO-Ni-foam；
3、称取步骤2制得的金属相载体5克，用含0.025克Pd的硝酸钯、0.125克CeO2的硝酸铈和0.125克Al2O3的硝酸铝的混合水溶液，在室温下进行等体积浸渍，烘干后，在空气中于500℃焙烧2小时，即得锚附NiO的泡沫镍载体上负载钯-氧化铈-氧化铝的整装式催化剂。
经等离子电感耦合原子发射光谱测定得知：所制备的催化剂中，Pd的质量含量为0.5％，CeO2的质量含量为2.5％，Al2O3的质量含量为2.5％；经程序升温还原分析测定，所制备的催化剂中，NiO的质量含量为15％；因此，本实施例所制备的催化剂简记为：0.5Pd-2.5CeO2-2.5Al2O3/15NiO-Ni-foam。
经宏观测量得知：本实施制备的整装式催化剂：0.5Pd-2.5CeO2-2.5Al2O3/15NiO-Ni-foam的孔隙率为80％。
图5是本实施例制备的整装式催化剂：0.5Pd-2.5CeO2-2.5Al2O3/15NiO-Ni-foam的SEM照片，由图5可见：在泡沫镍表面形成了由0.3～1微米不规则颗粒均匀排布的多孔催化剂层。
图6是本实施例制备的整装式催化剂：0.5Pd-2.5CeO2-2.5Al2O3/15NiO-Ni-foam的X-射线衍射图，由图6可见：除金属镍和氧化镍的衍射峰外，并未检测到钯、氧化铈和氧化铝的特征峰，这说明钯及铈和铝氧化物在载体表面均匀、高度分散。
实施例7
1、称取泡沫镍5克，加入含0.05克粒径为1～3微米的铝粉(铝粉/金属载体的质量比为1/100)的悬浊液进行等体积浸渍，然后干燥，再在高纯保护气氛中于600℃下进行固-固合金化反应(约2小时)，得到经合金化处理后的金属相骨架；
2、将步骤1制得的经合金化处理后的金属相骨架，在室温至60℃下用浓度为15wt％的氢氧化钠水溶液进行抽铝反应1小时，经蒸馏水冲洗、烘干后，在空气中、于300℃焙烧2小时，得到多孔化的锚附氧化物的金属相载体，表示为NiO-Ni-foam；
3、称取步骤2制得的金属相载体5克，用含0.025克Pd的Pd(NO3)2、含0.025克Au的氯金酸及0.125克MgO的硝酸镁的混合水溶液，在室温下进行等体积浸渍，烘干后，在空气中于300℃焙烧2小时，即得锚附NiO的泡沫镍载体上负载钯-金-氧化镁的整装式催化剂。
经等离子电感耦合原子发射光谱测定得知：本实施例所制备的催化剂中，Pd的质量含量为0.5％，Au的质量含量为0.5％，MgO的质量含量为2.5％；经程序升温还原分析测定，本实施例所制备的催化剂中，NiO的质量含量为1％；因此，本实施例所制备的催化剂简记为：0.5Pd-0.5Au-2.5MgO/1NiO-Ni-foam。
经宏观测量得知：本实施制备的整装式催化剂：0.5Pd-0.5Au-2.5MgO/1NiO-Ni-foam的孔隙率为80％。
实施例8
1、同实施例5的步骤1；
2、同实施例7的步骤2；
3、称取步骤2制得的金属相载体5克，用含0.025克Au的HAuCl4和含0.125克Na2O的NaCl的混合水溶液，在室温下进行等体积浸渍，烘干后，在空气中于500℃焙烧2小时，即得锚附NiO的泡沫镍载体上负载金-氧化钠的整装式催化剂。
经等离子电感耦合原子发射光谱测定得知：本实施例所制备的催化剂中，Au的质量含量为0.5％，Na2O的质量含量为2.5％；经程序升温还原分析测定，本实施例所制备的催化剂中，NiO的质量含量为18％；因此，本实施例所制备的催化剂简记为：0.5Au-2.5Na2O/18NiO-Ni-foam。
经宏观测量得知：本实施制备的整装式催化剂：0.5Au-2.5Na2O/18NiO-Ni-foam的孔隙率为80％。
实施例9
A、称取泡沫铜(100PPI)5克，在室温下，加入含0.1克粒径为1～3微米的铝粉(铝粉/金属载体的质量比为2/100)的悬浊液进行等体积浸渍，然后干燥，再在高纯保护气氛中于550℃下进行固-固合金化反应(约2小时)，得到经合金化处理后的金属相骨架；
B、将步骤A制得的经合金化处理后的金属相骨架，在室温至60℃下用浓度为20wt％的盐酸水溶液进行抽铝反应1小时，经蒸馏水冲洗、烘干后，在空气中、于200℃焙烧1小时，得到多孔化的锚附氧化物的金属相载体，表示为CuO-Cu-foam；
C、称取步骤B制得的金属相载体5克，用含0.005克Pt的Pt(NO3)2水溶液，在室温下进行等体积浸渍，烘干后，在空气中于300℃焙烧2小时，即得锚附CuO的泡沫铜载体上负载铂的整装式催化剂。
经等离子电感耦合原子发射光谱测定得知：本实施例所制备的催化剂中，Pt的质量含量为0.1％；经程序升温还原分析测定，本实施例所制备的催化剂中，CuO的质量含量为9％；因此，本实施例所制备的催化剂简记为：0.1Pt/9CuO-Cu-foam。
经宏观测量得知：本实施制备的整装式催化剂：0.1Pt/9CuO-Cu-foam的孔隙率为90％。
图7是本实施例制备的整装式催化剂：0.1Pt/9CuO-Cu-foam的SEM照片，由图7可见：在泡沫铜表面形成了均匀的团簇状多孔催化剂层。
图8是本实施例制备的整装式催化剂：0.1Pt/9CuO-Cu-foam的X-射线衍射图，由图8可见：除金属铜、氧化铜和氧化亚铜的特征峰外，并未发现铂的衍射峰，说明铂在载体表面高度分散。
实施例10
a、称取烧结铝纤维(纤维直径50微米)片5克，用浓度为1％的氢氧化钠水溶液进行抽铝反应1小时，经蒸馏水冲洗、烘干后，在空气中、于300℃焙烧2小时，得到多孔化的锚附氧化物的金属相载体，表示为Al2O3-Al50-SMF；
b、称取步骤a制得的金属相载体5克，用含0.025克Pd的Pd(Ac)2甲苯溶液，在室温下进行等体积浸渍，烘干后，在空气中于400℃焙烧2小时，即得锚附Al2O3的烧结铝纤维载体上负载钯的整装式催化剂。
经等离子电感耦合原子发射光谱测定得知：本实施例所制备的催化剂中，Pd的质量含量为0.46％；经程序升温还原分析测定，本实施例所制备的催化剂中，Al2O3的质量含量为10％；因此，本实施例所制备的催化剂简记为：0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF。
经宏观测量得知：本实施制备的整装式催化剂：0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF的孔隙率为85％。
图9是本实施例制备的整装式催化剂：0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF在低倍镜下的SEM照片，图10是本实施例制备的整装式催化剂：0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF在高倍镜下的SEM照片，由图9和图10可见：在金属相载体铝纤维上锚附了一层均匀的蜂窝状多孔催化剂层。
图11是本实施例制备的整装式催化剂：0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF的X-射线衍射图，由图11可见：除了金属铝和微弱的氧化钯的衍射峰外，并未检测到金属钯，这说明钯高度分散且颗粒较小(5～6纳米)。
若本实施例步骤b，用含0.005克Pd的Pd(Ac)2甲苯溶液或含0.01克Pd的Pd(Ac)2甲苯溶液浸渍5克载体，则所得到的整装式催化剂分别简记为：0.1Pd/10Al2O3-Al50-SMF、0.2Pd/10Al2O3-Al50-SMF。
若本实施例步骤b，用含0.05克Pd的Pd(Ac)2乙醚溶液等体积浸渍5克载体，则所得到的整装式催化剂简记为：1Pd/10Al2O3-Al50-SMF。
若本实施例步骤b，用含0.100克Pd的Pd(Ac)2乙醇溶液或含0.150克Pd的Pd(Ac)2乙醇溶液浸渍5克载体，则所得到的整装式催化剂分别简记为：2Pd/10Al2O3-Al50-SMF、3Pd/10Al2O3-Al50-SMF。
实施例11
a、称取铝纤维(纤维直径150微米，长10毫米)5克，用浓度为5％的氢氧化钠水溶液进行抽铝反应1小时，经蒸馏水冲洗、烘干后，在空气中、于400℃焙烧2小时，得到多孔化的锚附氧化物的金属相载体，表示为Al2O3-Al150-fiber；
b、称取步骤a制得的金属相载体5克，用含0.025克Pd的Pd(NO3)2和含0.125克Ga2O3的硝酸镓的混合水溶液，在室温下进行等体积浸渍，烘干后，在空气中于450℃焙烧2小时，即得锚附Al2O3的铝纤维载体上负载钯-氧化镓的整装式催化剂。
经等离子电感耦合原子发射光谱测定得知：本实施例所制备的催化剂中，Pd的质量含量为0.5％，Ga2O3的质量含量为2.5％；经程序升温还原分析测定，本实施例所制备的催化剂中，Al2O3的质量含量为15％；因此，本实施例所制备的催化剂简记为：0.5Pd-2.5Ga2O3/15Al2O3-Al150-fiber。
经宏观测量得知：本实施制备的整装式催化剂：0.5Pd-2.5Ga2O3/15Al2O3-Al150-fiber的孔隙率为91％。
若本实施例步骤b，用含0.025克Pd的Pd(NO3)2和含0.05克B2O3的HBO3的混合水溶液等体积浸渍5克载体，则所得到的整装式催化剂简记为：0.5Pd-1B2O3/10Al2O3-Al150-fiber。
实施例12
①称取泡沫黄铜(50PPI；铜锌合金)5克，用浓度为10％的盐酸水溶液进行抽锌反应0.5小时，经蒸馏水冲洗、烘干后，在空气中、于200℃焙烧2小时，得到多孔化的锚附氧化物的金属相载体，表示为CuO-HT-foam；
②称取步骤①制得的金属相载体5克，用含0.025克Pd的Pd(NO3)2和含0.05克TiO2的硝酸钛的混合水溶液，在室温下进行等体积浸渍，烘干后，在空气中于350℃焙烧1小时，即得锚附CuO的泡沫黄铜载体上负载钯-氧化钛的整装式催化剂。
经等离子电感耦合原子发射光谱测定得知：本实施例所制备的催化剂中，Pd的质量含量为0.5％，TiO2的质量含量为1％；经程序升温还原分析测定，本实施例所制备的催化剂中，CuO的质量含量为15％；因此，本实施例所制备的催化剂简记为：0.5Pd-1TiO2/15CuO-HT-foam。
经宏观测量得知：本实施制备的整装式催化剂：0.5Pd-1TiO2/15CuO-HT-foam的孔隙率为89％。
实施例13
①称取泡沫白铜(100PPI；镍铜合金)5克，用浓度为5％的盐酸水溶液进行抽镍反应0.5小时，经蒸馏水冲洗、烘干后，在空气中、于150℃焙烧2小时，得到多孔化的锚附氧化物的金属相载体，表示为CuO-BT-foam；
②称取步骤①制得的金属相载体5克，用含0.025克Pd的Pd(NO3)2和含0.075克La2O3的硝酸镧的混合水溶液，在室温下进行等体积浸渍，烘干后，在空气中于350℃焙烧1小时，即得锚附CuO的泡沫白铜载体上负载钯-氧化镧的整装式催化剂。
经等离子电感耦合原子发射光谱测定得知：本实施例所制备的催化剂中，Pd的质量含量为0.5％，La2O3的质量含量为1.5％；经程序升温还原分析测定，本实施例所制备的催化剂中，CuO的质量含量为8％；因此，本实施例所制备的催化剂简记为：0.5Pd-1.5La2O3/8CuO-BT-foam。
经宏观测量得知：本实施制备的整装式催化剂：0.5Pd-1.5La2O3/8CuO-BT-foam的孔隙率为85％。
图12是本实施例制备的整装式催化剂：0.5Pd-1.5La2O3/8CuO-BT-foam的SEM照片，由图12可见：在泡沫白铜表面锚附形成了致密的催化剂层。
图13是本实施例制备的整装式催化剂：0.5Pd-1.5La2O3/8CuO-BT-foam的X-射线衍射图，由图13可见：除白铜(镍铜合金)、氧化铜和氧化亚铜的特征峰外，并未检测到钯和氧化镧的存在，说明钯和氧化镧在载体表面高度分散。
应用例1
在固定床反应器上考察实施例1制备的2Pd/19NiO-Ni8-SMF催化剂在甲烷富燃贫氧催化燃烧反应中的催化性能：原料气体积百分组成为甲烷40％，氧气3％，氮气57％，空速为12L·g-1·h-1；催化剂用量为0.25克；固定床反应器是一个内径为8毫米的石英管，原料气在进入反应管之前进行混合，混合均匀后进入催化剂床层进行反应。
反应产物进入色谱在线分析，利用热导池检测器(TCD)进行分析。
由图14所示的氧气转化率随温度的变化曲线可见：氧气转化率随温度升高而逐渐升高，转化率达90％时的温度为390℃，达100％时的温度为410℃。
应用例2
在固定床反应器上考察实施例5制备的1Pd/16NiO-Ni-foam催化剂在甲烷富燃贫氧催化燃烧反应中的催化性能：原料气体积百分组成为甲烷40％，氧气3％，氮气57％，空速为12L·g-1·h-1；催化剂用量为0.25克；固定床反应器是一个内径为8毫米的石英管，原料气在进入反应管之前进行混合，混合均匀后进入催化剂床层进行反应。
反应产物进入色谱在线分析，利用热导池检测器(TCD)进行分析。
由图15所示的氧气转化率随温度的变化曲线可见：1Pd/16NiO-Ni-foam催化剂的低温活性较高，氧气转化率随温度升高而升高，转化率达90％时的温度为300℃，达100％时的温度为310℃；升温曲线和降温曲线基本重合。
应用例3
在固定床反应器上考察实施例6制备的0.5Pd-2.5CeO2-2.5Al2O3/15NiO-Ni-foam催化剂在甲烷富燃贫氧催化燃烧反应中的催化性能：原料气体积百分组成为甲烷40％，氧气3％，氮气57％，空速为12L·g-1·h-1；催化剂用量为0.25克；固定床反应器是一个内径为8毫米的石英管，原料气在进入反应管之前进行混合，混合均匀后进入催化剂床层进行反应。
反应产物进入色谱在线分析，利用热导池检测器(TCD)进行分析。
由图16所示的氧气转化率随温度的变化曲线可见：氧气转化率随温度升高而逐渐升高，但升降温过程存在明显的滞后环。
应用例4
在固定床反应器上考察实施例10制备的0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF催化剂在甲烷富燃贫氧催化燃烧反应中的催化性能：原料气体积百分组成为甲烷40％，氧气3％，氮气57％，空速为12L·g-1·h-1；催化剂用量为0.25克；固定床反应器是一个内径为8毫米的石英管，原料气在进入反应管之前进行混合，混合均匀后进入催化剂床层进行反应。
反应产物进入色谱在线分析，利用热导池检测器(TCD)进行分析。
由图17所示的氧气转化率随温度的变化曲线可见：氧气转化率随温度升高而逐渐升高，转化率达90％时的温度为340℃，达100％时的温度为350℃。
应用例5
在固定床反应器上考察实施例5制备的1Pd/16NiO-Ni-foam催化剂在用于甲烷富燃贫氧催化燃烧反应时，反应温度和气时空速对甲烷脱氧性能的影响：原料气体积百分组成为甲烷40％，氧气3％，氮气57％；催化剂用量为0.25克；固定床反应器是一个内径为8毫米的石英管，原料气在进入反应管之前进行混合，混合均匀后进入催化剂床层进行反应。
反应产物进入色谱在线分析，利用热导池检测器(TCD)进行分析。
表1反应温度、气时空速对甲烷脱氧性能的影响
由表1实验结果可见：在相同气时空速下，氧气转化率随温度升高而升高；在反应温度相同的条件下(如300℃)，随空速增加，氧气转化率呈现降低的趋势。
应用例6
本应用例考察实施例5制备的1Pd/16NiO-Ni-foam催化剂在用于甲烷富燃贫氧催化燃烧反应时的稳定性及所述催化剂在使用300小时后，温度对其催化性能的影响：原料气体积组成为甲烷40％，氧气3％，氮气57％；空速为36L·g-1·h-1；催化剂用量为0.25克；固定床反应器是一个内径为8毫米的石英管，原料气在进入反应管之前进行混合，混合均匀后进入催化剂床层进行反应。
反应产物进入色谱在线分析，利用热导池检测器(TCD)进行分析。
由图18所示的稳定性测试结果可见：1Pd/16NiO-Ni-foam催化剂的在高温和低温下均具有较高的稳定性，且无振荡现象，300h后无失活迹象。
由图19所示的氧气转化率随温度的变化曲线可见：该催化剂在使用300h后仍保持良好的反应活性，在340℃的转化率即可达100％，且升降温过程曲线基本重合。
应用例7
在固定床反应器上考察实施例5制备的1Pd/16NiO-Ni-foam催化剂在甲烷贫燃富氧催化燃烧反应中的催化性能：原料气体积百分组成为甲烷1％，氧气19％，氮气80％；气时空速为25L·g-1·h-1；催化剂用量为0.25克；固定床反应器是一个内径为8毫米的石英管，原料气在进入反应管之前进行混合，混合均匀后进入催化剂床层进行反应。
反应产物进入色谱在线分析，利用热导池检测器(TCD)进行分析。
由图20所示的甲烷转化率随温度的变化曲线可见：甲烷转化率随温度升高而逐渐升高，T10＝300℃，T50＝380℃，T90＝440℃，T100＝460℃。其中T10表示甲烷转化率为10％时所需要的反应温度，T50、T90和T100的含义依次类推。
应用例8
在固定床反应器上考察实施例10制备的0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF催化剂在甲烷贫燃富氧催化燃烧反应中的催化性能：原料气体积百分组成为甲烷1％，氧气19％，氮气80％；气时空速为25L·g-1·h-1；催化剂用量为0.25克；固定床反应器是一个内径为8毫米的石英管，原料气在进入反应管之前进行混合，混合均匀后进入催化剂床层进行反应。
反应产物进入色谱在线分析，利用热导池检测器(TCD)进行分析。
由图21所示的甲烷转化率随温度的变化曲线可见：甲烷转化率随温度升高而逐渐升高，T10＝260℃，T50＝310℃，T90＝345℃，T100＝360℃。其中T10表示甲烷转化率为10％时所需要的反应温度，T50、T90和T100的含义依次类推。。
应用例9
在固定床反应器上考察实施例10制备的0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF催化剂在用于甲烷贫燃富氧催化燃烧反应时，在不同空速下，甲烷转化率随温度变化情况：原料气体积百分组成为甲烷1％，氧气19％，氮气80％；气时空速为25L·g-1·h-1；催化剂用量为0.25克；固定床反应器是一个内径为8毫米的石英管，原料气在进入反应管之前进行混合，混合均匀后进入催化剂床层进行反应。
反应产物进入色谱在线分析，利用热导池检测器(TCD)进行分析。
由图22所示的不同空速下甲烷转化率随温度的变化曲线可见：在相同气时空速的条件下，甲烷转化率随温度升高而逐渐升高；随气时空速的不断增加，达到相同转化率(如50％)所需要的反应温度逐渐升高，说明空速越大，达到相应转化率所需温度越高。
图中T10表示甲烷转化率为10％时所需要的反应温度，T50、T90和T100的含义依次类推。
应用例10
在固定床反应器上考察实施例6制备的0.5Pd-2.5CeO2-2.5Al2O3/15NiO-Ni-foam催化剂在甲烷贫燃富氧催化燃烧反应中的催化性能：原料气体积百分组成为甲烷1％，氧气19％，氮气80％；气时空速为25L·g-1·h-1；催化剂用量为0.25克；固定床反应器是一个内径为8毫米的石英管，原料气在进入反应管之前进行混合，混合均匀后进入催化剂床层进行反应。
反应产物进入色谱在线分析，利用热导池检测器(TCD)进行分析。
由图23所示的甲烷转化率随温度的变化曲线可见：甲烷转化率随温度升高而逐渐升高，T10＝310℃，T50＝370℃，T90＝410℃，T100＝425℃。其中T10表示甲烷转化率为10％时所需要的反应温度，T50、T90和T100的含义依次类推。。
应用例11
在固定床反应器上考察实施例10制备的0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF催化剂在催化低浓度丙烯燃烧消除反应中的催化性能：原料气体积百分组成为丙烯0.8％，氧气19％，氮气80.2％；气时空速为200L·g-1·h-1；催化剂用量为0.25克；固定床反应器是一个内径为8毫米的石英管，原料气在进入反应管之前进行混合，混合均匀后进入催化剂床层进行反应。
反应产物进入色谱在线分析，利用热导池检测器(TCD)进行分析。
由图24所示的丙烯转化率随温度的变化曲线可见：丙烯转化率随温度升高而迅速升高，T10＝162℃，T50＝182℃，T90＝188℃，T100＝192℃。其中T10表示丙烯转化率为10％时所需要的反应温度，T50、T90和T100的含义依次类推。
应用例12
在固定床反应器上考察实施例10制备的0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF催化剂在催化低浓度丙烷燃烧消除反应中的催化性能：原料气体积百分组成为丙烷0.1％，氧气19％，氮气80.9％；气时空速为200L·g-1·h-1；催化剂用量为0.25克；固定床反应器是一个内径为8毫米的石英管，原料气在进入反应管之前进行混合，混合均匀后进入催化剂床层进行反应。
反应产物进入色谱在线分析，利用热导池检测器(TCD)进行分析。
由图25所示的丙烷转化率随温度的变化曲线可见：丙烷转化率随温度升高而逐渐升高，T10＝162℃，T50＝190℃，T90＝208℃，T100＝220℃。其中T10表示丙烷转化率为10％时所需要的反应温度，T50、T90和T100的含义依次类推。。
应用例13
在固定床反应器上考察实施例10制备的0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF催化剂在催化低浓度甲苯燃烧消除反应中的催化性能：原料气体积百分组成为甲苯0.3％，氧气19％，氮气80.7％；气时空速为200L·g-1·h-1；催化剂用量为0.25克；固定床反应器是一个内径为8毫米的石英管，原料气在进入反应管之前进行混合，混合均匀后进入催化剂床层进行反应。
反应产物进入色谱在线分析，利用热导池检测器(TCD)进行分析。
由图26所示的甲苯转化率随温度的变化曲线可见：甲苯转化率随温度升高而逐渐升高，但升降温过程存在明显的滞后环，说明反应热效应较大，催化剂床层的实际温度高于设定温度，反应所放出的热量足够维持反应进行；在升温过程中，T10＝225℃，T50＝252℃，T90＝265℃，T100＝275℃。其中T10表示甲苯转化率为10％时所需要的反应温度，T50、T90和T100的含义依次类推。
应用例14
在固定床反应器上考察实施例10制备的0.5Pd/10Al2O3-Al50-SMF催化剂在催化低浓度氯苯燃烧消除反应中的催化性能：原料气体积百分组成为氯苯0.1％，水蒸气0.6％，氧气19％，氮气80.3％；气时空速为25L·g-1·h-1；催化剂用量为0.25克；固定床反应器是一个内径为8毫米的石英管，原料气在进入反应管之前进行混合，混合均匀后进入催化剂床层进行反应。
反应产物进入色谱在线分析，利用热导池检测器(TCD)进行分析。
由图27所示的氯苯转化率随温度的变化曲线可见：氯苯转化率随温度升高而逐渐升高，T10＝330℃，T50＝410℃，T90＝480℃，T100＝500℃。其中T10表示氯苯转化率为10％时所需要的反应温度，T50、T90和T100的含义依次类推。
最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种整装式催化剂，其特征在于：是一种多孔化的锚附氧化物的金属相载体上负载活性贵金属或负载活性贵金属及助剂金属氧化物的催化剂，具有如下通式：xM1-yM2O/zMO-MZT，其中：M1表示活性贵金属，M2O表示助剂金属氧化物，MZT表示金属相骨架，MO表示MZT骨架金属对应的氧化物，x表示M1在整装式催化剂中所占的质量百分数，y表示M2O在整装式催化剂中所占的质量百分数，z表示MO在整装式催化剂中所占的质量百分数；且x为0.1～5％，y为0～10％，z为1～20％，余量为金属相骨架MZT所占的质量百分数。
2.如权利要求1所述的整装式催化剂，其特征在于：所述的M1选自钯、铂、钌、铑、铱、金、银中的至少一种；所述的M2O选自碱金属、碱土金属、镧系稀土金属、硼、铝、镓、钛、锆、硅、锰氧化物中的至少一种；所述MZT的材质为镍、铜、铝、铁、白铜、黄铜中的任意一种。
3.如权利要求1所述的整装式催化剂，其特征在于：所述MZT是直径为4～150微米的纤维或由该纤维烧结而成的具有三维多孔结构的整体式金属纤维；或者，所述MZT为泡沫金属。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的整装式催化剂，其特征在于：所述的整装式催化剂的孔隙率为60～95％。
5.一种制备权利要求1所述的整装式催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)用酸或碱对金属相骨架MZT或经合金化处理后的金属相骨架进行多孔化处理，然后进行清洗、干燥和焙烧，制得多孔化的锚附氧化物的金属相载体，记为：MO-MZT；
b)用含M1离子的溶液、或含M1离子的溶液和含M2离子的溶液、或含M1离子及M2离子的混合溶液对所制备的金属相载体MO-MZT进行等体积浸渍处理，然后进行清洗、干燥和焙烧，制得所述的整装式催化剂，记为：xM1-yM2O/zMO-MZT。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对金属相骨架进行合金化处理的操作包括如下步骤：
①将铝粉分散在水中，制得含铝粉的悬浊液；
②用上述含铝粉的悬浊液等体积浸渍金属相骨架MZT；
③干燥，然后在550～650℃下进行固-固合金化反应。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述铝粉选用粒径为1～10微米的超细铝粉；铝粉与金属相骨架的质量比为(0.5～10):100。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述金属相骨架MZT的材质为镍、铜或铁。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的固-固合金化反应在高纯保护气氛中进行或真空中进行。
10.权利要求1-3中任意一项所述的整装式催化剂在煤层气甲烷催化燃烧脱氧净化反应中的应用及在低浓度甲烷和挥发性有机化合物的催化燃烧脱除反应中的应用。
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| GR01 | Patent grant |