CN106179350B - 一种抗烧结四氧化三钴基催化剂及其制备和应用 - Google Patents

一种抗烧结四氧化三钴基催化剂及其制备和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN106179350B
CN106179350B CN201610515339.4A CN201610515339A CN106179350B CN 106179350 B CN106179350 B CN 106179350B CN 201610515339 A CN201610515339 A CN 201610515339A CN 106179350 B CN106179350 B CN 106179350B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sintering
base catalyst
cobaltosic oxide
carrier
catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610515339.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106179350A (zh
Inventor
何丹农
赵昆峰
袁静
蔡婷
高振源
杨玲
张涛
金彩虹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Original Assignee
Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd filed Critical Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority to CN201610515339.4A priority Critical patent/CN106179350B/zh
Publication of CN106179350A publication Critical patent/CN106179350A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106179350B publication Critical patent/CN106179350B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74—Iron group metals
    • B01J23/75—Cobalt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0201—Impregnation
    • B01J37/0207—Pretreatment of the support
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08—Heat treatment
    • B01J37/082—Decomposition and pyrolysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
    • B01J37/341—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
    • B01J37/343—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of ultrasonic wave energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/07—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases in which combustion takes place in the presence of catalytic material

Abstract

本发明涉及抗烧结四氧化三钴基催化剂及其制备和应用。首先制备多孔TiO2或SiO2材料；然后对多孔材料表面进行修饰，改变材料表面性质；修饰后的载体与Co3O4前驱体具有更强的作用力，可以得到担载量较高抗烧结Co3O4基催化剂，该催化剂同时兼具较高的催化活性。该方法经济廉价，方法简单，具有很好的应用前景。

Description

一种抗烧结四氧化三钴基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，尤其是涉及抗烧结四氧化三钴基催化剂及其制备和应用。
背景技术
碳氢化合物（HC）是城市空气的主要污染源之一，与NOx发生光化学反应，有可能导致光化学烟雾污染，对人类健康和生态环境造成更严重的影响。催化燃烧是一种较为理想的HC净化方式。但是，HC结构非常稳定，催化燃烧反应温度很高。而且，排放或泄露过程中，HC浓度很低进一步加大了HC的催化燃烧治理难度。
四氧化三钴（Co3O4）因其具有最弱的M–O键，在很多反应表现出优异的活性。尤其是在低链碳氢的催化燃烧反应中，Co3O4的活性有时甚至高于贵金属铂、钯催化剂的活性，具有较好的应用前景。但是，Co3O4高温易烧结，导致其反应稳定性较差。提高Co3O4的抗烧结性能，对其规模化应用具有重要意义。
第二组份，如助剂或载体的协同作用，可以在一定程度上提高Co3O4的抗烧结性能。常规的制备方法存在以下两个问题：当第二组份添加量少时，催化剂的抗烧结性能提高并不明显；当第二组份添加量多少，催化剂的抗烧结性能虽然提高较为显著，但却以牺牲活性为代价。
发明内容
针对上述缺点，本发明首先基于表面处理后的活性炭，制备二氧化钛（TiO2）或二氧化硅（SiO2）多孔材料载体；进一步，对多孔材料表面进行修饰，改变材料表面性质，然后进行活性组分Co3O4的负载；最终得到抗烧结Co3O4基催化剂，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。
本发明的技术方案为：
首先制备多孔TiO2或SiO2材料；然后对多孔材料表面进行修饰，改变材料表面性质；修饰后的载体与Co3O4前驱体具有更强的作用力，可以得到担载量较高抗烧结Co3O4基催化剂，该催化剂同时兼具较高的催化活性。
一种抗烧结四氧化三钴基催化剂，其特征在于，采用多孔材料为载体，四氧化三钴（Co3O4）为活性组分的担载型催化剂。其中，载体多孔材料为二氧化钛（TiO2）或二氧化硅（SiO2）；活性组分担载量可达70%。
一种抗烧结四氧化三钴基催化剂的制备方法，其特征在于，所述抗烧结四氧化三钴基催化剂载体的制备方法，首先，将适量活性炭用5倍体积的8mol/L的氢氟酸（HF）溶液100℃水热处理、洗涤干燥；然后称取上述处理后2.6g活性炭浸渍于3mL 7的钛酸四异丁酯或正硅酸乙酯的乙醇溶液中，超声至完全吸附，静置2-6h，20-80℃烘干；最后，300-550℃焙烧4-6h，得多孔材料载体。
所述的抗烧结四氧化三钴基催化剂活性组分的担载方法，将上述载体在20mL的1mol/L的氢氧化钠（NaOH）溶液中快速搅拌约30s，过滤；浸渍于4mL的含有14mmol硝酸钴Co(NO3)2·6H2O的水溶液中，超声浸渍30min，20-80℃烘干，500-600℃焙烧4-6h，抗烧结四氧化三钴基催化剂。
一种抗烧结四氧化三钴基催化剂在HC催化燃烧的应用。
具体实施方式
实施例1：
载体的制备：首先，将适量活性炭用5倍体积的8mol/L的氢氟酸（HF）溶液100℃水热处理、洗涤干燥；然后称取上述处理后2.6g活性炭浸渍于3mL 7 mmol的钛酸四异丁酯的乙醇溶液中，超声至完全吸附，静置4h，50℃烘干；最后，350℃焙烧4h，得多孔材料载体。
催化剂的制备：将上述载体在20mL的1mol/L的NaOH溶液中快速搅拌约30s，过滤；浸渍于4mL的含有14mmol硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）的水溶液中，超声浸渍30min，50℃烘干，550℃焙烧4h，得Co-Ti-550，Co3O4担载量为67%。
实施例2：
载体的制备：首先，将活性炭用5倍体积的8mol/L的氢氟酸（HF）溶液100℃水热处理、洗涤干燥；然后称取上述处理后2.6g活性炭浸渍于3mL 7 mmol的正硅酸乙酯的乙醇溶液中，超声至完全吸附，静置4h，50℃烘干；最后，350℃焙烧4h，得多孔材料载体。
催化剂的制备：将上述载体在20mL的1mol/L的NaOH溶液中快速搅拌约30s，过滤；浸渍于4mL的含有14mmol硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）的水溶液中，超声浸渍30min，50℃烘干，550℃焙烧4h，得Co-Si-550，Co3O4担载量为72%。
对比例1：
称取2.12g的Na2CO3溶解于20mL去离子水中，配制1mol/L Na2CO3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℃水浴中反应1h，去离子水洗涤至中性，100℃干燥，550℃焙烧4h，得Co-550。
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 cat h-1，丙烷浓度20ppm，平衡气为空气。丙烷完全转化后，在反应气氛下将温度降至室温，再程序升温反应，即重复利用实验。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
表1说明，本专利方法制备的Co3O4基催化剂与纯Co3O4催化剂相比，抗烧结性能明显提高，即550℃焙烧后，依然维持较高的催化活性，T50较纯Co3O4催化剂分别降低42和12℃。
尽管说明书中已对抗烧结四氧化三钴基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 (1)

1.一种抗烧结四氧化三钴基催化剂在HC催化燃烧的应用，其特征在于，所述抗烧结四氧化三钴基催化剂的制备方法为，采用多孔材料为载体，四氧化三钴（Co3O4）为活性组分的担载型催化剂，其中，载体多孔材料为二氧化钛（TiO2）；活性组分担载量可达70%，其特征在于，首先，将适量活性炭用5倍体积的8mol/L的氢氟酸（HF）溶液100℃水热处理、洗涤干燥；然后称取上述处理后2.6g活性炭浸渍于3mL 7mmol的钛酸四异丁酯的乙醇溶液中，超声至完全吸附，静置2-6h，20-80℃烘干；最后，300-550℃焙烧4-6h，得多孔材料载体；
所述的抗烧结四氧化三钴基催化剂活性组分的担载方法，将上述载体在20mL的1mol/L的氢氧化钠（NaOH）溶液中快速搅拌约30s，过滤；浸渍于4mL的含有14mmol硝酸钴Co(NO3)2·6H2O的水溶液中，超声浸渍30min，20-80℃烘干，500-600℃焙烧4-6h，抗烧结四氧化三钴基催化剂。
CN201610515339.4A 2016-07-04 2016-07-04 一种抗烧结四氧化三钴基催化剂及其制备和应用 Active CN106179350B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610515339.4A CN106179350B (zh) 2016-07-04 2016-07-04 一种抗烧结四氧化三钴基催化剂及其制备和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610515339.4A CN106179350B (zh) 2016-07-04 2016-07-04 一种抗烧结四氧化三钴基催化剂及其制备和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106179350A CN106179350A (zh) 2016-12-07
CN106179350B true CN106179350B (zh) 2019-02-26

Family

ID=57464732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610515339.4A Active CN106179350B (zh) 2016-07-04 2016-07-04 一种抗烧结四氧化三钴基催化剂及其制备和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106179350B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109292942B (zh) * 2018-09-28 2021-08-03 江苏大学 一种钴氧化物/SiO2复合网膜的制备方法及其应用
CN110075848B (zh) * 2019-05-31 2022-04-05 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂及制备和应用
CN110560063A (zh) * 2019-09-09 2019-12-13 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 高温稳定负载型核壳结构四氧化三钴催化剂及其制备方法和应用
CN110665507B (zh) * 2019-09-18 2022-06-10 盐城工学院 一种高分散负载型钴基催化剂及其制备方法
CN112569928B (zh) * 2020-12-17 2022-08-09 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3708534A (en) * 1970-03-19 1973-01-02 Teijin Ltd Process for the preparation of omega-hydroxy saturated aliphatic monocarboxylic acids of 4 to 12 carbon atoms
CN101780952A (zh) * 2010-03-26 2010-07-21 上海交通大学 负载功能氧化物多孔炭的制备方法
CN103990460A (zh) * 2014-05-16 2014-08-20 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 丙烷完全氧化催化剂及其制备方法和应用
CN103990434A (zh) * 2014-05-16 2014-08-20 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 活性炭丙烷吸附剂及其制备方法和应用
CN104340469A (zh) * 2014-10-17 2015-02-11 西安同华橡塑模具制品厂 双平面托盘

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3708534A (en) * 1970-03-19 1973-01-02 Teijin Ltd Process for the preparation of omega-hydroxy saturated aliphatic monocarboxylic acids of 4 to 12 carbon atoms
CN101780952A (zh) * 2010-03-26 2010-07-21 上海交通大学 负载功能氧化物多孔炭的制备方法
CN103990460A (zh) * 2014-05-16 2014-08-20 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 丙烷完全氧化催化剂及其制备方法和应用
CN103990434A (zh) * 2014-05-16 2014-08-20 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 活性炭丙烷吸附剂及其制备方法和应用
CN104340469A (zh) * 2014-10-17 2015-02-11 西安同华橡塑模具制品厂 双平面托盘

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Co3O4-SiO2 Nanocomposite: A Very Active Catalyst for CO Oxidation with Unusual Catalytic Behavior";Chun-Jiang Jia等;《Journal of the American Chemical Society》;20110622;第133卷(第29期);11279-11288，支持文件

Also Published As

Publication number Publication date
CN106179350A (zh) 2016-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106179350B (zh) 一种抗烧结四氧化三钴基催化剂及其制备和应用
JP2020507445A (ja) ホルムアルデヒド浄化に用いられている遷移金属と窒素を共ドープした炭素複合材料及びその調製方法
CN104646022B (zh) 一种蜂窝式低温脱硝催化剂及其制备方法
CN101637721B (zh) 多孔钇铈锆固溶体及其制备方法
CN103495418B (zh) 一种大孔-介孔铈锆固溶体载银催化剂及制备方法和应用
CN105457653B (zh) 一种用于低浓度甲烷催化燃烧的表面强化型钯基催化剂及其制备方法
CN102895969A (zh) 一种甲醛室温氧化催化剂的制备方法
CN106166491B (zh) 一种介孔La0.8Sr0.2CoO3负载纳米CeO2催化剂及其制备方法和应用
CN104162425A (zh) 一种室温条件下完全催化氧化室内低浓度甲醛的催化剂
CN105833901B (zh) 一种PrOx-MnOx/SAPO-34低温SCR烟气脱硝催化剂及其制备方法与应用
CN101204654A (zh) 一种低温催化氧化苯系物的负载型贵金属催化剂及其制备方法
CN105478134A (zh) 一种在常温下净化空气的适用性负载型催化剂
CN106268740B (zh) 一种用于液氮洗尾气中低浓度可燃组分缺氧燃烧的负载型催化剂及其制备方法和应用
CN105289650A (zh) 一种催化燃烧含低浓度甲烷的挥发性有机物的催化剂的制备方法
CN105268452A (zh) 介孔负载型铜锰复合氧化物催化剂、制备及催化方法
CN103736484A (zh) 一种用于甲醛净化的负载型类整体式催化剂及其制备方法
CN102631917A (zh) 一种柴油车尾气净化氧化催化剂及其制备方法
CN109174094A (zh) 一种金红石相固溶体材料的制备方法及应用
CN102247837B (zh) 消除微环境空气中甲醛的氧化钛负载型催化剂
CN105013491B (zh) 一种甲醛催化剂及其制备方法
CN108579719A (zh) 纳米级铈锆固溶体复合氧化物、制备方法、采用其的催化剂及用途
CN109395734A (zh) 用于丙烷低温催化燃烧高活性钴基催化剂的制备方法及其产品和应用
CN113941328A (zh) 铂/钼脱氢催化材料、制备方法及其应用
CN104437653A (zh) 一种生物基瓦砾纸状低温同步脱硝脱硫催化剂及制备方法
CN107442117B (zh) 一种尾气净化用催化剂

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant