CN104437543B - 一种用于燃气炉助燃的催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于燃气炉助燃的催化剂及其制备方法，该催化剂由堇青石蜂窝陶瓷载体片和活性涂层组成，活性涂层由NiO/LaCoO3、Pd/Ce0.4Zr0.6O2、Nb2O5、La2O3、Al2O3和SiO2组成，NiO/LaCoO3、Pd/Ce0.4Zr0.6O2、Nb2O5、La2O3、Al2O3和SiO2的质量比为40～60:45～25:2.5:2.5:7:3，活性成份按750g浆料/m2喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上，经110℃干燥，500℃焙烧制得。该催化剂催化活性高，热稳定性好，能有效提高燃气的燃烧性能且制备工艺简单、制造成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于燃气炉助燃的催化剂及其制备方法。
背景技术
随着经济发展的同时，当前环境以及能源短缺问题越来越受到关注。传统燃气灶(炉)热效率低和有害物质排放多，越来越不能适应当前的节能减排的要求。目前的低效燃烧方式，不但能源利用率不高，而且燃烧过程排放的污染物高，是造成雾霾天气频发的主要原因之一。因此，用高效、清洁的燃烧方式代替传统的低效燃烧方式，能有效提高能源的使用效率和减少有害物质的排放。催化燃烧技术能使燃料在较低的温度下实现完全燃烧，改善燃烧过程、降低反应温度、抑制有毒有害物质的产生，是一种新型的节能减排技术。本文通过与比较传统有焰燃烧，详细介绍了催化燃烧在催化燃烧灶和催化燃烧热水器方面的应用。
催化燃烧是多相催化反应中的完全氧化反应，使燃气和空气在催化剂表面进行非均相反应。在催化燃烧过程中，催化剂的作用是降低燃料的起燃温度，并加深其氧化程度，使有机物在较低的起燃温度条件下发生无焰燃烧，并氧化分解为燃烧最终产物CO2和H2O，且放出大量热量，同时使反应物分子富集于催化剂表面，以提高反应速率、提高燃料利用率。因此，与传统的火焰燃烧相比，催化燃烧具有热效率高、污染物排放水平低和无焦油的优势。
中国发明专利CN 103111291A公开了一种燃气催化剂、催化燃烧器及其制备方法。该发明采用包含改性剂的Al2O3为载体，Pt或/和Pd为活性组分。催化剂具有高催化活性、性能稳定、燃烧充分、几乎不产生有毒废气等特点。虽然，贵金属Pt、Pd催化剂的催化性能高于常规的Fe、Mn、Co、Ni的氧化物催化剂，但是，如何开发非贵金属高性能催化剂一直是努力的目标。中国发明专利CN 103331168A公开了一种燃气催化剂、催化燃烧器及其制备方法。该发明采用氧化铈、氧化镁、氧化铝三种非贵金属氧化物混合物为载体，Co、Mn或Ni中的任意一种或两种或两种以上的组成为活性组分。催化剂表现出较高的催化性能和高温稳定性。可见，非贵金属催化剂也是具有助燃特性的。因此，如何降低催化剂中贵金属的含量，或提高非贵金属催化剂的性能，是该领域研究的重点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种活性高、稳定性高的用于燃气炉(灶)助燃的催化剂及其制备方法。其核心是，降低贵金属Pd的含量，通过优化催化剂活性成分和催化剂制备工艺，以提高催化剂的性能。
为解决该技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于燃气炉助燃的催化剂，该催化剂由堇青石蜂窝陶瓷载体片和活性涂层组成，活性涂层由NiO/LaCoO3、Pd/Ce0.4Zr0.6O2、Nb2O5、La2O3、Al2O3和SiO2组成，NiO/LaCoO3、Pd/Ce0.4Zr0.6O2、Nb2O5、La2O3、Al2O3和SiO2的质量比为40～60:45～25:2.5:2.5:7:3，活性成份按750g浆料/m2喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上。
该催化剂的制备方法为：将NiO/LaCoO3、Pd/Ce0.4Zr0.6O2、Nb(OH)5(以Nb2O5计)、La(OH)3(以La2O3计)、拟薄水铝石(以Al2O3计)和硅溶胶(以SiO2计)，按质量比为40～60:45～25:2.5:2.5:7:3，均匀喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上，喷涂量为750g浆料/m2，经110℃干燥，500℃焙烧。
所述NiO/LaCoO3的制备：按照NiO:LaCoO3＝1:9(质量比)，称取相应的Ni(NO3)2和LaCoO3，混合后研磨4小时，然后于900℃空气气氛焙烧4小时。
所述Pd/Ce0.4Zr0.6O2的制备：按照Pd负载量为载体Ce0.4Zr0.6O2质量的0.05％，称取相应的Pd(NO3)2溶液和Ce0.4Zr0.6O2，浸渍4小时后，900℃空气气氛焙烧4小时。
采用本发明制备方法制得的催化剂催化活性高，热稳定性好，能有效提高燃气的燃烧性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做出进一步的具体说明，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
(1)NiO/LaCoO3的制备：按照NiO:LaCoO3＝1:9(质量比)，称取相应的Ni(NO3)2和LaCoO3，混合后研磨4小时，然后于900℃空气气氛焙烧4小时。
(2)Pd/Ce0.4Zr0.6O2的制备：按照Pd负载量为载体Ce0.4Zr0.6O2质量的0.05％，称取相应的Pd(NO3)2溶液和Ce0.4Zr0.6O2，浸渍4小时后，900℃空气气氛焙烧4小时。
(3)一种用于燃气炉助燃的催化剂，制备方法为：按照NiO/LaCoO3、Pd/Ce0.4Zr0.6O2、Nb(OH)5(以Nb2O5计)、La(OH)3(以La2O3计)、拟薄水铝石(以Al2O3计)和硅溶胶(以SiO2计)，其质量比为40:45:2.5:2.5:7:3,分别称取NiO/LaCoO3400g、Pd/Ce0.4Zr0.6O2450g、Nb(OH)5(以Nb2O5计)25g；La(OH)3(以La2O3计)25g,拟薄水铝石(以Al2O3计)70g，硅溶胶(以SiO2计)30g，加水至总质量为3000g后球磨4小时，然后加浓硝酸将酸度调至pH＝3.5。均匀喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上端2.5mm处，喷涂量为750g浆料/m2(焙烧后涂层固含量250g/m2)，经110℃干燥，500℃焙烧。
实施例2
(1)NiO/LaCoO3和Pd/Ce0.4Zr0.6O2的制备方法与实施例1相同。
(2)一种用于燃气炉助燃的催化剂，制备方法为：按照NiO/LaCoO3、Pd/Ce0.4Zr0.6O2、Nb(OH)5(以Nb2O5计)、La(OH)3(以La2O3计)、拟薄水铝石(以Al2O3计)和硅溶胶(以SiO2计)，其质量比为50:35:2.5:2.5:7:3,分别称取NiO/LaCoO3500g、Pd/Ce0.4Zr0.6O2350g、Nb(OH)5(以Nb2O5计)25g；La(OH)3(以La2O3计)25g,拟薄水铝石(以Al2O3计)70g，硅溶胶(以SiO2计)30g，加水至总质量为3000g后球磨4小时，然后加浓硝酸将酸度调至pH＝3.5。均匀喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上端2.5mm处，喷涂量为750g浆料/m2(焙烧后涂层固含量250g/m2)，经110℃干燥，500℃焙烧。
实施例3
(1)NiO/LaCoO3和Pd/Ce0.4Zr0.6O2的制备方法与实施例1相同。
(2)一种用于燃气炉助燃的催化剂，制备方法为：按照NiO/LaCoO3、Pd/Ce0.4Zr0.6O2、Nb(OH)5(以Nb2O5计)、La(OH)3(以La2O3计)、拟薄水铝石(以Al2O3计)和硅溶胶(以SiO2计)，其质量比为60:25:2.5:2.5:7:3,分别称取NiO/LaCoO3600g、Pd/Ce0.4Zr0.6O2250g、Nb(OH)5(以Nb2O5计)25g；La(OH)3(以La2O3计)25g,拟薄水铝石(以Al2O3计)70g，硅溶胶(以SiO2计)30g，加水至总质量为3000g后球磨4小时，然后加浓硝酸将酸度调至pH＝3.5。均匀喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上端2.5mm处，喷涂量为750g浆料/m2(焙烧后涂层固含量250g/m2)，经110℃干燥，500℃焙烧。
对实施例1-3制备的堇青石蜂窝陶瓷催化燃烧器进行燃烧性能的测试，包括堇青石蜂窝陶瓷催化燃烧表面温度、热效率、燃气中的CO和NO浓度等。测试用天然气作为燃气，在相同测试环境、相同额定热负荷条件下进行，结果见表1。
表1实施例催化剂的燃烧性能
由此可见，本发明的催化剂对于天然气有较好的助燃性能，具有热效率高、有害物质浓度低的优点，特别是采用实施例2制备的催化剂具有最好的助燃性能。催化剂具有制备工艺简单、制造成本低等特点。
Claims (3)
1.一种用于燃气炉助燃的催化剂的制备方法，该催化剂由堇青石蜂窝陶瓷载体片和活性涂层组成，活性涂层由NiO/LaCoO3、Pd/Ce0.4Zr0.6O2、Nb2O5、La2O3、Al2O3和SiO2组成，NiO/LaCoO3、Pd/Ce0.4Zr0.6O2、Nb2O5、La2O3、Al2O3和SiO2的质量比为40~60: 45~25: 2.5: 2.5: 7: 3，活性成份按750g浆料/m2喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上；其特征在于：将 NiO/LaCoO3、Pd/Ce0.4Zr0.6O2、以Nb2O5计算的Nb(OH)5、以La2O3计算的La(OH)3、以Al2O3计算的拟薄水铝石和以SiO2计的硅溶胶，按质量比为40~60: 45~25: 2.5: 2.5: 7: 3，均匀喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上，喷涂量为750g浆料/m2，经110°C干燥，500°C焙烧制得。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述NiO/LaCoO3的制备方法为按照质量比NiO: LaCoO3 =1: 9，称取相应的Ni(NO3)2和 LaCoO3，混合后研磨4小时，然后于900 oC 空气气氛焙烧4小时。
3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述Pd/Ce0.4Zr0.6O2的制备方法为：按照Pd负载量为载体Ce0.4Zr0.6O2质量的0.05%，称取相应的Pd(NO3)2溶液和Ce0.4Zr0.6O2，浸渍4小时后，900 oC 空气气氛焙烧4小时。
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