CN106076348A - 一种铁铝铈三元金属氧化物催化剂制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铁铝铈三元金属氧化物催化剂制备方法。依次包括如下步骤：将FeCl2和AlCl3溶液混合，在恒温水浴中滴入NaOH，形成具有层状结构的沉淀物；将沉淀物加入到十二烷基磺酸钠溶液中，得到十二烷基磺酸钠改性的沉淀物；将(3‑氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和硝酸铈按1：1：1(摩尔比)的量加入水中形成溶液，加入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物，反应生成的含铈有机配合物在分配作用下，插入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物层间，形成含铈有机配合物柱撑的沉淀物；将产物置于马弗炉中烧6～8h，得到一种铁铝铈三元金属氧化物催化剂。该材料中的各种催化剂相互复合均匀分布于三维孔道的孔壁上，对反应物有较好的吸附和催化效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁铝铈三元金属氧化物催化剂制备方法，属于催化材料制备领域。
背景技术
目前国外广泛开发应用于汽车尾气净化的催化剂基本上是由铂、铑等贵金属组成的。该催化剂虽具有活性高、净化效果好、寿命长等优点，但是造价也较高，尤其是铂、铑等受到资源限制。为了缓解铂特别是铑的供应与需求之间的矛盾，广泛使用价格相对便宜的钯，开发了铂、铑、钯组成的催化剂以及钯催化剂。
人们发现用稀土代替部分贵重金属制成的催化剂成本低，而且能获得满意的净化效果。稀土汽车尾气净化催化剂所用的稀土主要是以氧化铈、氧化镨和氧化镧的混合物为主，其中氧化铈是关键成份。由于氧化铈的氧化还原特性，有效地控制排放尾气的组分，能在还原气氛中供氧，或在氧化气氛中耗氧。二氧化铈还在贵金属气氛中起稳定作用，以保持催化剂较高的催化活性。所以开发稀土少贵金属的汽车尾气净化剂，是取稀土之长补贵金属贵属之短，生产出具有实用性的汽车尾气净化剂。其特点是价格低、热稳定性好、活性较高、使用寿命长，因此在汽车尾气净化领域备受青睐。
稀土元素外层电子结构相似，稀土元素间的催化性能差别比较小，总的催化活性比不上外层电子结构的过渡元素及贵金属元素。在现行的实用工业催化剂中，稀土一般只用作助催化剂或催化剂中的一种活性组分，很少作为主体催化剂。我国的机动车排放污染严重，然而我国贵金属贫乏而稀土资源丰富，因此稀土应用于机动车尾气处理在我国得到广泛的应用。但要提高稀土的催化作用，避免使用贵金属，仍然需要深入研究。
水滑石化学结构通式为：[M2+ 1-xM3+x(OH)2]x+[(An-)x/n·mH2O]，其中M2+为Mg2+，Ni2+，Mn2+，Zn2+，Ca2+，Fe2+，Cu2+等二价金属阳离子；M3+为Al3+，Cr3+，Fe3+，Co3+等三价金属阳离子；An-为阴离子，如CO3 2-，NO3 -，Cl-，OH-，SO4 2-，PO4 3-，C6H4(COO)2 2-等无机和有机离子以及络合离子，当层间无机阴离子不同，水滑石的层间距不同。因其具有层间阴离子可交换性、结构坍塌记忆效应、主层板可自组装性等特点，已广泛用于高分子复合材料、催化材料、环境治理等领域。
发明内容
本发明的目的是为克服现有催化剂活性低等不足，提供一种铁铝铈三元金属氧化物催化剂制备方法。
本发明采用的技术方案是依次包括如下步骤：
1)将FeCl2和AlCl3分别溶解到水中，配置为浓度为1～2mol/L的溶液，将两种溶液混合，保持Fe和Al的摩尔比为2～4，在恒温70～80℃水浴中滴入一定量的NaOH，保持pH值为12～13，反应2～3h，老化12～24h，在该过程中形成具有层状结构的沉淀物，沉淀分离，去离子水洗2～3遍，烘干；
2)按照每克沉淀物对应0.5～0.8mmol十二烷基磺酸钠的量，将过20-50目筛的沉淀物加入到质量百分比浓度为0.1％～1％的十二烷基磺酸钠溶液中，在60～70℃恒温水浴中搅拌5～6h，老化12～24h，离心分离，去掉上清液，得到十二烷基磺酸钠改性的沉淀物；
3)将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和硝酸铈按1：1：1(摩尔比)的量各2～4mol加入到20～40mL水中形成溶液，在20～35℃下反应6～8h，加入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物，搅拌2～4h、沉淀分离，反应生成的含铈有机配合物在分配作用下，插入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物层间，形成含铈有机配合物柱撑的沉淀物；
4)将含铈有机配合物柱撑的沉淀物置于马弗炉中，400～550℃下焙烧6～8h，其中的碳氮等元素转化为气体溢出，形成孔道，得到一种铁铝铈三元金属氧化物催化剂。
本发明的优点是：
(1)将铈离子和有机物形成有机配合物，再利用十二烷基磺酸钠改性的沉淀物的吸附效应，将铈元素均匀分布于水滑石层间。
(2)将含硅有机物和铈配合，插入层状材料层间，再经过高温煅烧，去除碳元素，留下硅等元素，形成多孔材料。
(3)利用层状结构，在沉淀物层间插入硅元素，经过煅烧之后，硅元素形成氧化硅和负载的氧化铈一起形成柱撑，使整个结构为三维立体孔道结构。
具体实施方式
以下进一步提供本发明的3个实施例：
实施例1
将FeCl2和AlCl3分别溶解到水中，配置为浓度为2mol/L的溶液，将两种溶液混合，保持Fe和Al的摩尔比为4，在恒温80℃水浴中滴入一定量的NaOH，保持pH值为13，反应3h，老化24h，在该过程中形成具有层状结构的沉淀物，沉淀分离，去离子水洗3遍，烘干；按照每克沉淀物对应0.8mmol十二烷基磺酸钠的量，将过50目筛的沉淀物加入到质量百分比浓度为1％的十二烷基磺酸钠溶液中，在70℃恒温水浴中搅拌6h，老化24h，离心分离，去掉上清液，得到十二烷基磺酸钠改性的沉淀物；将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和硝酸铈按1：1：1(摩尔比)的量各4mol加入到40mL水中形成溶液，在35℃下反应8h，加入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物，搅拌4h、沉淀分离，反应生成的含铈有机配合物在分配作用下，插入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物层间，形成含铈有机配合物柱撑的沉淀物；将含铈有机配合物柱撑的沉淀物置于马弗炉中，550℃下焙烧8h，其中的碳氮等元素转化为气体溢出，形成孔道，得到一种铁铝铈三元金属氧化物催化剂。
采用U形管(内径4mm)连续流动反应评价装置，称量100mg合成得到的铁铝铈三元金属氧化物催化剂放置管中，调节空气的流速为25mL/min，空气流动带动甲醛、CO和NO气体进入U形管反应器中，每小时流过每升催化剂的气体体积(即空速)为6000h-1。在400℃条件下，该催化剂降解浓度分别为甲醛：50ppm；CO：25ppm；NO：20ppm的气体，降解率分别为甲醛：90％；CO：96％；NO：98％。
实施例2
将FeCl2和AlCl3分别溶解到水中，配置为浓度为1mol/L的溶液，将两种溶液混合，保持Fe和Al的摩尔比为2，在恒温70℃水浴中滴入一定量的NaOH，保持pH值为12，反应2h，老化12h，在该过程中形成具有层状结构的沉淀物，沉淀分离，去离子水洗2遍，烘干；按照每克沉淀物对应0.5mmol十二烷基磺酸钠的量，将过20目筛的沉淀物加入到质量百分比浓度为0.1％的十二烷基磺酸钠溶液中，在60℃恒温水浴中搅拌5h，老化12h，离心分离，去掉上清液，得到十二烷基磺酸钠改性的沉淀物；将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和硝酸铈按1：1：1(摩尔比)的量各2mol加入到20mL水中形成溶液，在20℃下反应6h，加入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物，搅拌2h、沉淀分离，反应生成的含铈有机配合物在分配作用下，插入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物层间，形成含铈有机配合物柱撑的沉淀物；将含铈有机配合物柱撑的沉淀物置于马弗炉中，400℃下焙烧6h，其中的碳氮等元素转化为气体溢出，形成孔道，得到一种铁铝铈三元金属氧化物催化剂。
采用U形管(内径4mm)连续流动反应评价装置，称量100mg合成得到的铁铝铈三元金属氧化物催化剂放置管中，调节空气的流速为25mL/min，空气流动带动甲醛、CO和NO气体进入U形管反应器中，每小时流过每升催化剂的气体体积(即空速)为6000h-1。在400℃条件下，该催化剂降解浓度分别为甲醛：50ppm；CO：25ppm；NO：20ppm的气体，降解率分别为甲醛：93％；CO：94％；NO：97％。
实施例3
将FeCl2和AlCl3分别溶解到水中，配置为浓度为2mol/L的溶液，将两种溶1混合，保持Fe和Al的摩尔比为3，在恒温80℃水浴中滴入一定量的NaOH，保持pH值为13，反应2h，老化18h，在该过程中形成具有层状结构的沉淀物，沉淀分离，去离子水洗3遍，烘干；按照每克沉淀物对应0.8mmol十二烷基磺酸钠的量，将过50目筛的沉淀物加入到质量百分比浓度为0.5％的十二烷基磺酸钠溶液中，在70℃恒温水浴中搅拌6h，老化24h，离心分离，去掉上清液，得到十二烷基磺酸钠改性的沉淀物；将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和硝酸铈按1：1：1(摩尔比)的量各3mol加入到40mL水中形成溶液，在35℃下反应8h，加入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物，搅拌3h、沉淀分离，反应生成的含铈有机配合物在分配作用下，插入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物层间，形成含铈有机配合物柱撑的沉淀物；将含铈有机配合物柱撑的沉淀物置于马弗炉中，500℃下焙烧8h，其中的碳氮等元素转化为气体溢出，形成孔道，得到一种铁铝铈三元金属氧化物催化剂。
采用U形管(内径4mm)连续流动反应评价装置，称量100mg合成得到的铁铝铈三元金属氧化物催化剂放置管中，调节空气的流速为25mL/min，空气流动带动甲醛、CO和NO气体进入U形管反应器中，每小时流过每升催化剂的气体体积(即空速)为6000h-1。在400℃条件下，该催化剂降解浓度分别为甲醛：50ppm；CO：25ppm；NO：20ppm的气体，降解率分别为甲醛：92％；CO：95％；NO：98％。
Claims (1)
1.一种铁铝铈三元金属氧化物催化剂制备方法，其特征是依次包括如下步骤：
1)将FeCl2和AlCl3分别溶解到水中，配置为浓度为1～2mol/L的溶液，将两种溶液混合，保持Fe和Al的摩尔比为2～4，在恒温70～80℃水浴中滴入一定量的NaOH，保持pH值为12～13，反应2～3h，老化12～24h，在该过程中形成具有层状结构的沉淀物，沉淀分离，去离子水洗2～3遍，烘干；
2)按照每克沉淀物对应0.5～0.8mmol十二烷基磺酸钠的量，将过20-50目筛的沉淀物加入到质量百分比浓度为0.1％～1％的十二烷基磺酸钠溶液中，在60～70℃恒温水浴中搅拌5～6h，老化12～24h，离心分离，去掉上清液，得到十二烷基磺酸钠改性的沉淀物；
3)将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和硝酸铈按1：1：1(摩尔比)的量各2～4mol加入到20～40mL水中形成溶液，在20～35℃下反应6～8h，加入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物，搅拌2～4h、沉淀分离，反应生成的含铈有机配合物在分配作用下，插入十二烷基磺酸钠改性的沉淀物层间，形成含铈有机配合物柱撑的沉淀物；
4)将含铈有机配合物柱撑的沉淀物置于马弗炉中，400～550℃下焙烧6～8h，其中的碳氮等元素转化为气体溢出，形成孔道，得到一种铁铝铈三元金属氧化物催化剂。
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2016
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