CN104383933B - 氧化铈促进的四氧化三钴催化剂及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氧化铈促进的四氧化三钴催化剂及其制备和应用，采用氧化铈（CeO₂）对四氧化三钴（Co₃O₄）进行修饰，可以提高Co₃O₄催化性能；处理方法为表面修饰或载体担载。该方法经济廉价，方法简单，具有很好的应用前景。所得四氧化三钴基催化剂，可应用于C₃H₈、C₃H₆、CH₄等各种烃类的催化燃烧反应，具有较好的反应活性。

Description

氧化铈促进的四氧化三钴催化剂及其制备和应用

技术领域

本发明涉及纳米催化剂技术领域，尤其是涉及一种氧化铈促进的四氧化三钴催化剂及其制备和应用。

背景技术

机动车尾气中含一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）及颗粒物（PM）等污染物。随着人们对生活质量要求的提高，对自身身体健康的重视，对于CO、NOx和PM等的治理，已经引起了人们的关注。

但关于HC治理方面的研究鲜有报道。大气中的HC能够与NOx发生光化学反应，导致光化学烟雾污染，对人类健康和生态环境造成严重的影响。因此，HC的治理问题亟待解决。HC催化燃烧产物为二氧化碳和水，是一种理想的解决HC污染的方法。

目前，HC催化燃烧的催化剂以担载型贵金属最为普遍，但这类催化剂价格昂贵，较难工业化应用。四氧化三钴（Co₃O₄）的HC催化燃烧活性仅次于贵金属催化剂，并且成本相对低廉，具有很好的应用前景。然而，Co₃O₄抗烧结性能较差，提高Co₃O₄的活性，使反应在较低温度进行，能够提高催化剂的稳定性，促进其工业化应用。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种氧化铈促进的四氧化三钴催化剂及其制备和应用。

一种氧化铈促进的四氧化三钴催化剂的制备方法，其特征在于，采用氧化铈（CeO₂）对四氧化三钴（Co₃O₄）进行修饰，可以提高Co₃O₄催化性能；处理方法为表面修饰或载体担载。

称取1.50gCo₃O₄和0.38g硝酸铈（Ce(NO₃)₂·6H₂O）溶于50毫升去离子水中，搅拌条件下将2mol/L氢氧化钾（KOH）溶液逐滴加入到上述悬浊液中调节pH值至8-9，20-80℃反应1-3小时，去离子水洗涤，60-100℃干燥，200-300℃焙烧，得到所需产物。

称取1.50gCeO₂和0.54g硝酸钴（Co(NO₃)₂·6H₂O）溶于50mL去离子水中，搅拌条件下将2mol/LKOH溶液逐滴加入到上述悬浊液中调节pH值至8-9，20-80℃反应1-3小时，去离子水洗涤，60-100℃干燥，200-300℃焙烧，得到所需产物。

一种氧化铈促进的四氧化三钴催化剂，根据上述任一所述方法制备得到。

一种氧化铈促进的四氧化三钴催化剂可应用于丙烷、丙烯、甲烷等各种烃类的催化燃烧反应，具有较好的反应活性。

本发明采用氧化铈（CeO₂）对四氧化三钴（Co₃O₄）进行修饰，以提高Co₃O₄催化性能；并以丙烷为模拟污染物，对催化剂进行了HC催化燃烧性能研究。

该方法经济廉价，方法简单，具有很好的应用前景。所得四氧化三钴基催化剂，可应用于C₃H₈、C₃H₆、CH₄等各种烃类的催化燃烧反应，具有较好的反应活性。

具体实施方式

实施例1：

称取1.50gCo₃O₄和0.38gCe(NO₃)₂·6H₂O于50mL去离子水中，搅拌条件下将2mol/LKOH溶液逐滴加入到上述悬浊液中调节pH值至8-9，50^oC反应1h，去离子水洗涤，60^oC干燥，200^oC焙烧3h，得10%CeO₂表面修饰的Co₃O₄，记为10%CeO₂Co₃O₄。

实施例2：

称取1.50gCeO₂和0.54gCo(NO₃)₂·6H₂O于50mL去离子水中，搅拌条件下将2mol/LKOH溶液逐滴加入到上述悬浊液中调节pH值至8-9，50^oC反应1h，去离子水洗涤，60^oC干燥，200^oC焙烧3h，得CeO₂担载的Co₃O₄，担载量10%，记为10%Co₃O₄CeO₂。

实施例3：

称取1.50gTiO₂和0.54gCo(NO₃)₂·6H₂O于50mL去离子水中，搅拌条件下将2mol/LKOH溶液逐滴加入到上述悬浊液中调节pH值至8-9，50^oC反应1h，去离子水洗涤，60^oC干燥，200^oC焙烧3h，得TiO₂担载的Co₃O₄，担载量10%，记为10%Co₃O₄TiO₂。

实施例4：

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^oC水浴中反应1h，去离子水洗涤至中性，100^oC干燥，300^oC焙烧3h，得Co₃O₄。

应用例1：

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催化剂的丙烷催化燃烧活性

T50是丙烷转化率为50%时的反应温度。

表1说明，采用CeO₂对Co₃O₄进行表面修饰或作为载体，均可以提高Co₃O₄催化性能。

尽管说明书中已对氧化铈促进的四氧化三钴催化剂及其制备和应用进行了详尽、具体的描述，但显然本领域研究人员在阅读了前面说明书的描述后，仍会推断出其它显而易见的变化和内容。因此，本发明不限于文中具体的实施方案，凡与本发明精神和范围不相违背的内容也应包含在本申请内。

Claims (3)

1.一种氧化铈促进的四氧化三钴催化剂的制备方法，其特征在于，采用氧化铈CeO₂对四氧化三钴Co₃O₄进行修饰，可以提高Co₃O₄催化性能；处理方法为表面修饰或载体担载；

当采用CeO₂对Co₃O₄表面修饰时，其特征在于，称取1.50gCo₃O₄和0.38g硝酸铈Ce(NO₃)₃·6H₂O溶于50毫升去离子水中，搅拌条件下将2mol/L氢氧化钾KOH溶液逐滴加入到上述悬浊液中调节pH值至8-9，20-80℃反应1-3小时，去离子水洗涤，60-100℃干燥，200-300℃焙烧，得到所需产物；

当采用CeO₂为载体时，其特征在于，称取1.50gCeO₂和0.54g硝酸钴Co(NO₃)₂·6H₂O溶于50mL去离子水中，搅拌条件下将2mol/LKOH溶液逐滴加入到上述悬浊液中调节pH值至8-9，20-80℃反应1-3小时，去离子水洗涤，60-100℃干燥，200-300℃焙烧，得到所需产物。

2.一种氧化铈促进的四氧化三钴催化剂，其特征在于，根据权利要求1所述方法制备得到。

3.根据权利要求2所述氧化铈促进的四氧化三钴催化剂可应用于丙烷、丙烯、甲烷各种烃类的催化燃烧反应，具有较好的反应活性。