CN105935592A - 一种用于燃气灶助燃催化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃气灶助燃催化剂及其制备方法，催化剂由堇青石蜂窝陶瓷载体片和第一涂层、第二涂层组成，第一涂层包含AgFeO3、LaMnO3、NiO、TiO2，AgFeO3、LaMnO3、以NiO计的Ni(NO3)2、以SiO2计的硅溶胶质量比为40:30:15:15，第二涂层包含Fe2O3、TiO2、贵金属Rh或Pt，以Fe2O3计的Fe(NO3)2、以SiO2计的硅溶胶、以Rh计的Rh(NO3)3或以Pt计的Pt(NO3)2质量比为7:90:3；第一涂层按喷涂量600g浆料/m2均匀喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上；第二涂层按喷涂量150g浆料/m2再喷涂在第一涂层上制得催化剂。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。

Description

一种用于燃气灶助燃催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于燃气灶助燃催化剂及其制备方法，应用于燃气灶、燃气炉的助燃提高热效率，降低烟气有害物质排放。
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。传统燃气灶的燃烧方式不但热效率低而且有害物质排放多，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。本文通过与传统有焰燃烧比较，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 103111291 A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 103331168 A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。中国发明专利CN104437543A公开了一种用于燃气炉的助燃催化剂及其制备方法。该发明采用堇青石蜂窝陶瓷载体片和由NiO/LaCoO3、Pd/Ce0.4Zr0.6O2、Nb2O5、La2O3、Al2O3和SiO2组成的活性组分组成。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。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灶助燃的催化剂及其制备方法。其核心是，降低贵金属的含量，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：
一种用于燃气灶助燃催化剂，该催化剂由堇青石蜂窝陶瓷载体片和第一涂层、第二涂层组成，第一涂层包含AgFeO3、LaMnO3、NiO、TiO2，AgFeO3、LaMnO3、以NiO计的Ni(NO3)2、以SiO2计的硅溶胶质量比为40:30:15:15，第二涂层包含Fe2O3、TiO2、贵金属Rh或Pt，以Fe2O3计的Fe(NO3)2、以SiO2计的硅溶胶、以Rh计的Rh(NO3)3或以Pt计的Pt(NO3)2质量比为7:90:3；第一涂层按喷涂量600g浆料/m2均匀喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上；第二涂层按喷涂量150g浆料/m2再喷涂在含有第一涂层堇青石蜂窝陶瓷载体片上。
该燃气灶助燃催化剂的制备方法为：采用二次涂覆制备，第一次涂覆浆料包含AgFeO3、LaMnO3、Ni(NO3)2(以NiO计)、硅溶胶(以SiO2计)，按质量比为40:30:15:15，用水进行稀释，然后均匀喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上，喷涂量为600g浆料/m2(焙烧后涂层固含量200g/m2)，经110℃干燥，400℃焙烧4小时；第二次涂覆浆料包含Fe(NO3)2(以Fe2O3计)、硅溶胶(以SiO2计)、Rh(NO3)3(以Rh计)或Pt(NO3)2(以Pt计)，按质量比为7:90:3，用水进行稀释，然后均匀喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上，喷涂量为300g浆料/m2(焙烧后涂层固含量50g/m2)，经110℃干燥，500℃焙烧4小时。
所述AgFeO3的制备：按照Ag:Fe＝1:1(摩尔比)，称取相应的AgNO3和Fe(NO3)2，混合后研磨4小时，然后于600℃空气气氛焙烧4小时。
所述LaMnO3的制备：La:Mn＝1:1(摩尔比)，称取相应的La2O3和MnO2，混合后研磨4小时，然后于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)AgFeO3的制备：按照Ag:Fe＝1:1(摩尔比)，称取相应的AgNO3和Fe(NO3)2，混合后研磨4小时，然后于600℃空气气氛焙烧4小时。
(2)LaMnO3的制备：La:Mn＝1:1(摩尔比)，称取相应的La2O3和MnO2，混合后研磨4小时，然后于900℃空气气氛焙烧4小时。
(3)燃气炉助燃催化剂第一涂层的制备，第一次涂覆浆料包含AgFeO3、LaMnO3、Ni(NO3)2、硅溶胶，按照AgFeO3、LaMnO3、Ni(NO3)3(以NiO计)、硅溶胶(以TiO2计)，其质量比为40:30:15:15，分别称取AgFeO3400g；LaMnO3300g；Ni(NO3)·6H2O 584g(以NiO计150g)；SiO2含量为20％的硅溶胶750g(以SiO2计150g)，用水进行稀释至总质量3000g后球磨4小时，然后均匀喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上，喷涂量为600g浆料/m2，经110℃干燥，400℃焙烧4小时，焙烧后涂层固含量200g/m2。
(4)燃气炉助燃催化剂第二涂层的制备，第二次涂覆浆料包含Fe(NO3)2、硅溶胶、贵金属Rh(NO3)3(以Rh计)，按照Fe(NO3)2(以Fe2O3计)、硅溶胶(以SiO2计)、Rh(NO3)3(以Rh计)质量比为7:90:3，分别称取Fe(NO3)2253g(以Fe2O3计70g)；SiO2含量为20％的硅溶胶4500g(以SiO2计900g)，Rh含量为20％的Rh(NO3)3溶液150g(以Rh计30g)。用水进行稀释至总质量6000g后球磨4小时，然后均匀喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上，喷涂量为300g浆料/m2(焙烧后涂层固含量50g/m2)，经110℃干燥，500℃焙烧4小时，得到最终燃气炉助燃催化剂。
实施例2
(1)AgFeO3的制备和LaMnO3的的制备方法与实施例1相同。
(2)燃气炉助燃催化剂第一涂层的制备方法与实施例1相同。燃气炉助燃催化剂第二涂层的制备，第二次涂覆浆料包含Fe(NO3)2、硅溶胶、贵金属Pt(NO3)2(以Pt计)，按照Fe(NO3)2(以Fe2O3计)、硅溶胶(以SiO2计)、Pt(NO3)2(以Pt计)质量比为7:90:3，分别称取Fe(NO3)2253g(以Fe2O3计70g)；SiO2含量为20％的硅溶胶4500g(以SiO2计900g)，Pt含量为20％的Pt(NO3)2溶液150g(以Pt计30g)。用水进行稀释至总质量6000g后球磨4小时，然后均匀喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上，喷涂量为300g浆料/m2(焙烧后涂层固含量50g/m2)，经110℃干燥，500℃焙烧4小时，得到最终燃气炉助燃催化剂。
对实施例1和2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1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 (4)

1.一种用于燃气灶助燃催化剂，其特征在于：该催化剂由堇青石蜂窝陶瓷载体片和第一涂层、第二涂层组成，第一涂层包含AgFeO3、LaMnO3、NiO、TiO2，AgFeO3、LaMnO3、以NiO计的Ni(NO3)2、以SiO2计的硅溶胶质量比为40:30:15:15，第二涂层包含Fe2O3、TiO2、贵金属Rh或Pt，以Fe2O3计的Fe(NO3)2、以SiO2计的硅溶胶、以Rh计的Rh(NO3)3或以Pt计的Pt(NO3)2质量比为7:90:3；第一涂层按喷涂量600g浆料/m2均匀喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上；第二涂层按喷涂量150g浆料/m2再喷涂在含有第一涂层堇青石蜂窝陶瓷载体片上。
2.权利要求1所述催化剂的制备方法，其特征在于：采用二次涂覆制备，第一次涂覆浆料包含AgFeO3、LaMnO3、以NiO计的Ni(NO3)2、以SiO2计的硅溶胶，按质量比为40:30:15:15，用水进行稀释，然后均匀喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上，喷涂量为600g浆料/m2，经110℃干燥，400℃焙烧4小时；第二次涂覆浆料包含以Fe2O3计的Fe(NO3)2、以SiO2计的硅溶胶、以Rh计的Rh(NO3)3或以Pt计的Pt(NO3)2，按质量比为7:90:3，用水进行稀释，然后均匀喷涂在堇青石蜂窝陶瓷载体片上，喷涂量为300g浆料/m2，经110℃干燥，500℃焙烧4小时制得最终的催化剂成品。
3.根据权利要求2所述制备方法，特征在于所述AgFeO3的制备：按照摩尔比Ag:Fe＝1:1，称取相应的AgNO3和Fe(NO3)2，混合后研磨4小时，然后于600℃空气气氛焙烧4小时。
4.根据权利要求2所述制备方法，特征在于所述LaMnO3的制备：按摩尔比La:Mn＝1:1，称取相应的La2O3和MnO2，混合后研磨4小时，然后于900℃空气气氛焙烧4小时。
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