CN108325525A - 一种催化氧化低浓度甲烷的催化剂及其制备方法以及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种催化氧化低浓度甲烷的催化剂，由八面体CeO2颗粒以及负载于所述八面体CeO2颗粒表面的Pd纳米颗粒构成。本发明提供的催化氧化低浓度甲烷的催化剂为一种Pd基八面体CeO2催化剂，Pd纳米颗粒在载体八面体CeO2颗粒表面的分散度高，相对稳定性好，对于低浓度甲烷的催化氧化效率高，催化剂的相对热稳定性好，低浓度甲烷完全转化时所需的温度较低，并且催化反应产物为H2O和CO2是环境友好型产物，在低浓度甲烷催化氧化领域具有极大的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于节约能源与保护环境技术领域，具体涉及一种催化氧化低浓度甲烷的催化剂及其制备方法以及应用。
背景技术
目前，人们已经意识到保护环境的重要性。随着汽油价格及尾气排放标准的提升，天然气被认为是一种极好的可替代燃料，由于其储量丰富及所需储运方式简单。然而，天然气的主要成分是甲烷，一种典型的温室气体。温室效应对气候变化产生了重要的影响，原因之一就是大量有害的温室气体排放到大气中，包括CO2和CH4。相关文献报道称CH4的温室效应是等量CO2的21-24倍，且在过去的20年中CH4导致的温室效应大约是CO2的70倍。天然气发动机尾气中含有部分未燃的CH4，并且尾气温度一般不超过500℃，目前，尾气处理催化剂对降低废气中CH4的含量几乎无效。因此，实现低温条件下的CH4催化氧化反应对降低尾气中甲烷的含量具有重要的意义。
甲烷的催化燃烧是一项有工业应用价值的技术，它能够促进低温条件下低浓度甲烷氧化反应的发生，而且最近几年得到了人们的广泛关注与研究。众所周知，相比于其它贵金属(Pt、Rh)，Pd不仅在高温下的挥发性最小而且低温催化活性也较高。相关研究表明，单一物质贵金属催化剂用于低浓度CH4催化燃烧时，Pd物种的活性最高，因此有关Pd基催化剂的研究较多。催化剂的性能不仅取决于负载的活性物质的种类还和载体材料的性质有关。在低温甲烷氧化过程中，氧化态PdO是主要的活性物种。此外，若载体材料具有良好的氧化还原性和较高的吸附能力，将有利于表面氧的吸附进而提高催化剂的活性。因此，寻找优良载体材料对提高Pd基催化剂的性能有重要的意义。
在众多金属氧化物载体中，CeO2被认为是最重要的催化剂载体之一，由于其较强的吸附能力及特殊的氧化还原性能。特别地，CeO2具有较高的储存氧和释放氧的能力，它通过Ce4+-Ce3+对在氧化还原反应过程中吸收或释放氧气从而可被视为氧气缓冲器。在很多催化反应中CeO2均表现出了良好的性能，如：CO氧化反应，甲醛催化氧化反应，碳酸盐加氢反应，乙醇蒸汽重整实验及甲烷催化氧化反应。结晶度和暴露的晶面是形容氧化物载体形貌的两个主要参数。不同形貌的CeO2暴露的晶面不同，从而影响载体与负载金属之间的相互作用。CeO2暴露的晶面影响表面活性并且CeO2上活性晶面的浓度及氧空位的类型也影响催化剂的性能。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种催化氧化低浓度甲烷的催化剂及其制备方法以及应用，本发明提供的催化氧化低浓度甲烷的催化剂为一种Pd基八面体CeO2催化剂，该催化剂催化氧化低浓度甲烷的方法催化效率高，催化反应终产物为H2O和CO2属于环境友好型产物。
本发明提供了一种催化氧化低浓度甲烷的催化剂，由八面体CeO2颗粒以及负载于所述八面体CeO2颗粒表面的Pd纳米颗粒构成。
优选的，所述Pd纳米颗粒的粒径为0.5～3nm，所述八面体CeO2颗粒的粒径为65～80nm。
优选的，所述Pd纳米颗粒与八面体CeO2颗粒的质量比为1:24～1:49。
本发明还提供了一种上述催化剂的制备方法，包括以下步骤：
A)采用水热合成法制备八面体CeO2颗粒；
B)将钯源化合物、柠檬酸盐与所述八面体CeO2颗粒分散于水中，得到悬浊液；
C)将还原剂滴加于所述悬浮液中，混合搅拌进行反应，得到悬浮物；
D)将所述悬浮物干燥后煅烧，得到催化剂。
优选的，所述钯源化合物选自水溶性的四氯钯酸盐；所述柠檬酸盐选自柠檬酸钠，所述还原剂选自NaBH4。
优选的，步骤A)中，所述水热合成法的温度为170℃，所述水热合成法的时间为12小时；
步骤C)中，所述混合搅拌进行反应的温度为20～30℃，时间为8～12小时；
步骤D)中，所述干燥为真空干燥，所述干燥的温度为25～40℃，所述干燥的时间为8～10小时；
步骤D)中，所述煅烧的升温速率为1～10℃/min，所述煅烧的温度为300℃～500℃，所述煅烧的时间为1～3小时。
本发明还提供了一种催化氧化低浓度甲烷的方法，包括以下步骤：
在催化剂存在的条件下，将低浓度甲烷进行催化氧化反应；
所述催化剂选自如权利要求1～3任意一项所述的催化剂；
所述低浓度甲烷的体积浓度为0.5％～2％。
优选的，所述催化氧化反应的温度为250～450℃，所述催化氧化反应的升温速率为5～10℃/min，所述催化氧化反应的压力为101.3kpa。
优选的，所述催化剂与低浓度甲烷的质量体积流量比为(1.5～2.5)mg：1mL/min。
优选的，所述低浓度甲烷的体积流量为30～60mL/min；所述低浓度甲烷的气体空间时速优选为20000～40000mL/h·g。
与现有技术相比，本发明提供了一种催化氧化低浓度甲烷的催化剂，由八面体CeO2颗粒以及负载于所述八面体CeO2颗粒表面的Pd纳米颗粒构成。本发明提供的催化氧化低浓度甲烷的催化剂为一种Pd基八面体CeO2催化剂，Pd纳米颗粒在载体八面体CeO2颗粒表面的分散度高，相对稳定性好，对于低浓度甲烷的催化氧化效率高，催化剂的相对热稳定性好，低浓度甲烷完全转化时所需的温度较低，并且催化反应产物为H2O和CO2是环境友好型产物，在低浓度甲烷催化氧化领域具有极大的应用价值。
附图说明
图1为贵金属Pd基八面体CeO2催化剂的TEM；
图2为贵金属Pd基八面体CeO2催化剂的HRTEM图；
图3为实施例1制备的贵金属Pd基八面体CeO2催化剂的元素分布图；
图4为在不同温度条件下，实施例1制备的贵金属Pd基八面体CeO2催化剂催化氧化体积浓度为1％甲烷的转化率曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种催化氧化低浓度甲烷的催化剂，由八面体CeO2颗粒以及负载于所述八面体CeO2颗粒表面的Pd纳米颗粒构成。
在本发明中，所述八面体CeO2颗粒的粒径为60～85nm。所述八面体CeO2颗粒由水热合成法制备得到。
具体方法为：
将可溶性铈源化合物溶解于水中，进行加热反应，得到八面体CeO2颗粒。
其中，所述可溶性铈源化合物选自Ce(NO3)3·6H2O，所述加热反应的温度170℃，所述加热反应的时间为12小时。为保证制备所得产物的形貌，加热温度以及时长必须为上述条件。所述进行水热合成法的装置优选为带聚四氟乙烯内衬的高压水热合成反应釜。
加热反应结束后，将产物用蒸馏水和乙醇反复清洗，烘干，得到八面体CeO2颗粒。其中，所述烘干的温度优选为50～120℃，更优选为60～80℃，进一步优选为60℃。
所述Pd纳米颗粒的粒径为0.5～3nm。
所述Pd纳米颗粒与八面体CeO2颗粒的质量比为1:24～1:49，优选为1:30～1:40，进一步优选为1:34～1:38。
本发明还提供了一种上述催化氧化低浓度甲烷的催化剂的制备方法，包括以下步骤：
A)采用水热合成法制备八面体CeO2颗粒；
B)将钯源化合物、柠檬酸盐与所述八面体CeO2颗粒分散于水中，得到悬浊液；
C)将还原剂滴加与所述悬浮液中，混合搅拌进行反应，得到悬浮物；
D)将所述悬浮物干燥后煅烧，得到催化剂。
首先采用水热合成法制备八面体CeO2颗粒，具体制备方法如上文所述，在此不做赘述。
得到八面体CeO2颗粒后，将钯源化合物、柠檬酸盐与所述八面体CeO2颗粒分散于水中，得到悬浊液。
具体的，将钯源化合物溶解于水中，然后再加入柠檬酸盐溶解，得到混合溶液；
其中，所述水优选为去离子水，所述钯源化合物优选为水溶性的四氯钯酸盐，更优选为Na2PdCl4，所述柠檬酸盐优选为柠檬酸钠。通过柠檬酸钠与Pd离子之间形成络合物，改变了其还原速率，制备出的Pd微粒在载体上的分散度较高。
所述钯源化合物与柠檬酸盐的摩尔比优选为(0.1～0.15)：1，优选为0.125:1。
得到混合溶液后，向所述混合溶液中加入所述八面体CeO2颗粒，超声处理，得到悬浮液。
接着，将还原剂滴加于所述悬浮液中，混合搅拌进行反应，得到悬浮物。
其中，所述还原剂选自NaBH4。所述混合搅拌进行反应的温度为20～30℃，即室温条件下，在本发明中，室温条件定义为25±5℃，所述混合搅拌进行反应的时间为8～12小时，优选为8～10小时，更优选为8小时。
将反应得到的悬浮物与液体分离，本发明对所述分离方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的固液分离方法即可。在本发明中，优选采用抽滤的方式进行分离，抽滤采用0.22μm滤膜。
最后，将所述悬浮物干燥后煅烧，得到催化剂。
其中，所述干燥优选为真空干燥，所述干燥的温度优选为25～40℃，更优选为25～30℃，所述干燥的时间为8～10小时，更优选为8～9小时；
所述煅烧的升温速率为1～10℃/min，优选为4～6℃/min，更优选为5℃/min，所述煅烧的温度为300℃～500℃，优选为400℃，所述煅烧的时间为1～3小时，优选为1小时。
高温煅烧后，将产物冷却至室温，研磨保存。
本发明采用浸渍法制备的Pd基CeO2催化剂对低浓度甲烷催化氧化效率高，对反应器无伤害，同时本发明的Pd基CeO2催化剂的相对热稳定性好，在450℃稳定性仍然保持良好。
本发明还提供了一种催化氧化低浓度甲烷的方法，包括以下步骤：
在催化剂存在的条件下，将低浓度甲烷进行催化氧化反应；
所述催化剂选自上述催化氧化低浓度甲烷的催化剂；
所述低浓度甲烷的体积浓度为0.5％～2％。
甲烷在自然界中广泛分布，甲烷是最简单的有机物，是天然气，沼气，油田气及煤矿坑道气等的主要成分，俗称瓦斯。它可用来作为燃料及制造氢气、炭黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。然而当甲烷浓度过低(0.1～1％)时，由于经济及技术条件的限制，这部分低浓度甲烷通常被直接排放到大气中，而不能被利用，这不仅造成了能源浪费还给环境带了沉重的负担。温室效应对气候变化产生了重要的影响，原因之一就是大量有害的温室气体排放到大气中，包括CO2和CH4。相关文献报道称CH4的温室效应是等量CO2的21～24倍，且在过去的20年中CH4导致的温室效应大约是CO2的70倍。低浓度甲烷主要来自于天然气发动机尾气及煤矿通风系统排放的煤层气，且其甲烷浓度一般在1％以下。因其浓度在贫燃极限以下，利用传统的火焰燃烧方式进行氧化处理存在较大的困难，并且当前经济与技术条件对这部分低浓度甲烷难以实现富集，往往直接排放到大气中。若开发出活性高相对稳定性好的催化剂，将尾气中的低浓度甲烷催化氧化成CO2再排放到大气中，这样能达到节能减排的效果。
目前，低浓度甲烷的来源有很多，本发明对此不进行限定，可以为：
天然气发动机尾气、煤矿通风系统排放的煤层气、天然气燃具炉释放的未燃CH4、天然气热水器排放的尾气。
在本发明中，所述低浓度甲烷的体积浓度为0.5％～2％，优选为0.5％～1％。
所述进行催化氧化反应的装置优选为带有石英管反应室的管式炉。所述石英管反应室优选内径为3mm的石英管。本发明对于所述管式炉的型号不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。本发明对于石英管反应室的内径不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。
所述催化氧化反应的温度为250～450℃，优选为300～400℃，更优选为330～350℃；所述催化氧化反应的升温速率为5～10℃/min，升温至催化氧化反应的设定的温度条件下保持0.5～1小时，所述催化氧化反应的压力为101.3kpa。
所述低浓度甲烷的体积流量为40mL/min(40sccm)；所述低浓度甲烷的气体空间时速优选为30000mL/h·g。
所述催化剂与低浓度甲烷的质量体积流量比为(1.5～2.5)mg：1mL/min，优选为(1.8～2.2)mg：1mL/min。
采用上述贵金属Pd基八面体CeO2催化剂，对于低浓度甲烷的催化氧化效率高，催化剂的相对热稳定性好，低浓度甲烷完全转化时所需的温度较低，并且催化反应产物为H2O和CO2，是环境友好型产物，在低浓度甲烷催化氧化领域具有极大的应用价值。
本发明优选采用气象色谱测定催化氧化反应产物：
GC色谱条件为：
检测条件为：KEXIAOGC-1690，检测器为TCD，柱箱温度设置为60℃，进样温度设置为150℃，热导温度设置为100℃，氮气作为载气，载气压力调节为0.03MPa。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的催化氧化低浓度甲烷的催化剂及其制备方法以及应用进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
以下实施例中所用的试剂均为市售。
实施例1
八面体CeO2的制备方法。
将2.17g六水合硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)溶解到40ml的去离子水中，之后再加入0.019g磷酸三钠，在室温下充分搅拌1h，形成均匀的混合溶液。接着将混合溶液转移到250ml带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中并密封，在170℃的烘箱中加热12h。待溶液冷却后，所得沉淀物在9000rpm下离心分离，用去离子水和乙醇反复洗涤，最后将其放入60℃烘箱中干燥12h，得到白色固体(八面体CeO2)。
将0.1mmolNa2PdCl4溶解到100ml的去离子水中，随后加入0.8mmol柠檬酸钠并充分溶解。接着向混合均匀的溶液中加入0.5247g八面体CeO2粉末并超声处理1h。将100ml的0.1M的NaBH4溶液逐滴加到悬浮溶液中，并在室温条件下充分搅拌。接着将混合溶液充分搅拌8h，采用抽滤的方式获取悬浮物。使用去离子水和乙醇多次洗涤，并放入25℃真空干燥箱中干燥过夜。将所得粉末样品放在400℃的管式炉中焙烧1h，以5℃/min的升温速率。最后得到贵金属Pd基八面体CeO2催化剂。其中Pd的粒径主要分布在0.5-2nm之间，八面体CeO2的粒径主要分布在70-80nm之间。
将上述制备的贵金属Pd基八面体CeO2催化剂进行TEM和HRTEM扫面，结果见图1与图2，图1为贵金属Pd基八面体CeO2催化剂的TEM图，图2为HRTEM图。由图1可以看出负载Pd后的八面体CeO2的形貌未发生改变仍为八面体结构。由图2可知，八面体CeO2晶体的晶格条纹间距为0.32nm，可知八面体CeO2纳米微粒暴露(111)晶面，HRTEM图像说明Pd在八面体CeO2载体表面上的分散度较高。
将制备得到的贵金属Pd基八面体CeO2催化剂进行元素分布分析，结果见图3，图3为实施例1制备的贵金属Pd基八面体CeO2催化剂的元素分布图。图3中，自左至右依次为贵金属Pd基八面体CeO2催化剂中Pd元素分布图，贵金属Pd基八面体CeO2催化剂中Ce元素分布图以及贵金属Pd基八面体CeO2催化剂的TEM图。
实施例2
将2.17g六水合硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)溶解到40ml的去离子水中，之后再加入0.019g磷酸三钠，在室温下充分搅拌1h，形成均匀的混合溶液。接着将混合溶液转移到250ml带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中并密封，在180℃的烘箱中加热24h。待溶液冷却后，所得沉淀物在9000rpm下离心分离，用去离子水和乙醇反复洗涤，最后将其放入60℃烘箱中干燥12h，得到白色固体(立方型CeO2)。
将0.1mmolNa2PdCl4溶解到100ml的去离子水中，随后加入0.8mmol柠檬酸钠并充分溶解。接着向混合均匀的溶液中加入0.5247g立方型CeO2粉末并超声处理1h。将100ml的0.1M的NaBH4溶液逐滴加到悬浮溶液中，并在室温条件下充分搅拌。接着将混合溶液充分搅拌8h，采用抽滤的方式获取悬浮物。使用去离子水和乙醇多次洗涤，并放入25℃真空干燥箱中干燥过夜。将所得粉末样品放在400℃的管式炉中焙烧1h，以5℃/min的升温速率。最后得到贵金属Pd基立方型CeO2催化剂。Pd的粒径主要分布在0.5-2nm之间，贵金属Pd基立方型CeO2催化剂的粒径分布在20-30nm之间。
实施例3
将2.17g六水合硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)溶解到40ml的去离子水中，之后再加入0.019g磷酸三钠，在室温下充分搅拌1h，形成均匀的混合溶液。接着将混合溶液转移到250ml带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中并密封，在100℃的烘箱中加热24h。待溶液冷却后，所得沉淀物在9000rpm下离心分离，用去离子水和乙醇反复洗涤，最后将其放入60℃烘箱中干燥12h，得到白色固体(棒状CeO2)。
将0.1mmolNa2PdCl4溶解到100ml的去离子水中，随后加入0.8mmol柠檬酸钠并充分溶解。接着向混合均匀的溶液中加入0.5247g棒状CeO2粉末并超声处理1h。将100ml的0.1M的NaBH4溶液逐滴加到悬浮溶液中，并在室温条件下充分搅拌。接着将混合溶液充分搅拌8h，采用抽滤的方式获取悬浮物。使用去离子水和乙醇多次洗涤，并放入25℃真空干燥箱中干燥过夜。将所得粉末样品放在400℃的管式炉中焙烧1h，以5℃/min的升温速率。最后得到贵金属Pd基棒状CeO2催化剂。Pd的粒径主要分布在0.5-2nm之间，贵金属Pd基棒状CeO2催化剂的直径较均匀为(10±1.2)nm，长度在180-200nm之间。
实施例4
将0.1g实施例1制备的贵金属Pd基八面体CeO2催化剂放入内径为3mm的石英管反应室中，同时通入低浓度甲烷(体积浓度1％)。低浓度甲烷的体积流量为40mL/min(40sccm)；低浓度甲烷的气体空间时速为30000mL/h·g。采用程序升温法以5℃/min的升温速率将反应温度从室温升至450℃，每个温度点对应反应时长为40min，反应产物中的CH4含量由GC-1690在线测试。
最终得到的产物为CO2和H2O。结果见图4和表1，结果表明，不同温度点下低浓度甲烷的转化率不同，在348℃条件下低浓度甲烷的转化率为90％，在365℃条件下低浓度甲烷能够实现完全转化。
表1本发明实施例4所述的反应条件及结果
实施例5
将0.1g实施例2制备的贵金属Pd基立方型CeO2催化剂放入内径为3mm的石英管反应室中，同时通入低浓度甲烷(体积浓度1％)。低浓度甲烷的体积流量为40mL/min(40sccm)；低浓度甲烷的气体空间时速为30000mL/h·g。采用程序升温法以5℃/min的升温速率将反应温度从室温升至450℃，每个温度点对应反应时长为40min，反应产物中的CH4含量由GC-1690在线测试。
最终得到的产物为CO2和H2O。结果表明，不同温度点下低浓度甲烷的转化率不同，在380℃条件下低浓度甲烷的转化率为90％，在405℃条件下低浓度甲烷能够实现完全转化。
表2本发明实施例5所述的反应条件及结果
实施例6
将0.1g实施例3制备的贵金属Pd基棒状CeO2催化剂放入内径为3mm的石英管反应室中，同时通入低浓度甲烷(体积浓度1％)。低浓度甲烷的体积流量为40mL/min(40sccm)；低浓度甲烷的气体空间时速为30000mL/h·g。采用程序升温法以5℃/min的升温速率将反应温度从室温升至450℃，每个温度点对应反应时长为40min，反应产物中的CH4含量由GC-1690在线测试。
最终得到的产物为CO2和H2O。结果表明，不同温度点下低浓度甲烷的转化率不同，在420℃条件下低浓度甲烷的转化率为90％，在450℃条件下低浓度甲烷能够实现完全转化。
表3本发明实施例6所述的反应条件及结果
实施例7
将实施例1制备的八面体CeO2放入管式炉中，以5℃/min的速率从室温升至400℃，并在400℃下保持1h，之后自然冷却至室温，得到单一八面体CeO2催化剂。
实施例8
将实施例2制备的立方型CeO2放入管式炉中，以5℃/min的速率从室温升至400℃，并在400℃下保持1h，之后自然冷却至室温，得到单一立方型CeO2催化剂。
实施例9
将实施例3制备的棒状CeO2放入管式炉中，以5℃/min的速率从室温升至400℃，并在400℃下保持1h，之后自然冷却至室温，得到单一棒状CeO2催化剂。
实施例10
将实施例7制备的0.1g八面体CeO2催化剂放入内径为3mm的石英管反应室中，同时通入低浓度甲烷(体积浓度1％)。低浓度甲烷的体积流量为40mL/min(40sccm)；低浓度甲烷的气体空间时速为30000mL/h·g。采用程序升温法以5℃/min的升温速率将反应温度从室温升至450℃，每个温度点对应反应时长为40min，反应产物中的CH4含量由GC-1690在线测试。
最终得到的产物为CO2和H2O。结果表明，不同温度点下低浓度甲烷的转化率不同，在450℃条件下低浓度甲烷的转化率为3.8％。
实施例11
将实施例8制备的0.1g立方型CeO2催化剂放入内径为3mm的石英管反应室中，同时通入低浓度甲烷(体积浓度1％)。低浓度甲烷的体积流量为40mL/min(40sccm)；低浓度甲烷的气体空间时速为30000mL/h·g。采用程序升温法以5℃/min的升温速率将反应温度从室温升至450℃，每个温度点对应反应时长为40min，反应产物中的CH4含量由GC-1690在线测试。
最终得到的产物为CO2和H2O。结果表明，不同温度点下低浓度甲烷的转化率不同，在450℃条件下低浓度甲烷的转化率为8％。
实施例12
将实施例9制备的0.1g棒状CeO2催化剂放入内径为3mm的石英管反应室中，同时通入低浓度甲烷(体积浓度1％)。低浓度甲烷的体积流量为40mL/min(40sccm)；低浓度甲烷的气体空间时速为30000mL/h·g。采用程序升温法以5℃/min的升温速率将反应温度从室温升至450℃，每个温度点对应反应时长为40min，反应产物中的CH4含量由GC-1690在线测试。
最终得到的产物为CO2和H2O。结果表明，不同温度点下低浓度甲烷的转化率不同，在450℃条件下低浓度甲烷的转化率为14.5％。
表4本发明实施例10～12所述的反应条件及结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种催化氧化低浓度甲烷的催化剂，其特征在于，由八面体CeO2颗粒以及负载于所述八面体CeO2颗粒表面的Pd纳米颗粒构成。
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述Pd纳米颗粒的粒径为0.5～3nm，所述八面体CeO2颗粒的粒径为60～85nm。
3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述Pd纳米颗粒与八面体CeO2颗粒的质量比为1:24～1:49。
4.一种如权利要求1～3任意一项所述的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)采用水热合成法制备八面体CeO2颗粒；
B)将钯源化合物、柠檬酸盐与所述八面体CeO2颗粒分散于水中，得到悬浊液；
C)将还原剂滴加于所述悬浮液中，混合搅拌进行反应，得到悬浮物；
D)将所述悬浮物干燥后煅烧，得到催化剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述钯源化合物选自水溶性的四氯钯酸盐；所述柠檬酸盐选自柠檬酸钠，所述还原剂选自NaBH4。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述水热合成法的温度为170℃，所述水热合成法的时间为12小时；
步骤C)中，所述混合搅拌进行反应的温度为20～30℃，时间为8～12小时；
步骤D)中，所述干燥为真空干燥，所述干燥的温度为25～40℃，所述干燥的时间为8～10小时；
步骤D)中，所述煅烧的升温速率为1～10℃/min，所述煅烧的温度为300℃～500℃，所述煅烧的时间为1～3小时。
7.一种催化氧化低浓度甲烷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在催化剂存在的条件下，将低浓度甲烷进行催化氧化反应；
所述催化剂选自如权利要求1～3任意一项所述的催化剂；
所述低浓度甲烷的体积浓度为0.5％～2％。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述催化氧化反应的温度为250～450℃，所述催化氧化反应的升温速率为5～10℃/min，所述催化氧化反应的压力为101.3kpa。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述催化剂与低浓度甲烷的质量体积流量比为(1.5～2.5)mg：1mL/min。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述低浓度甲烷的体积流量为30～60mL/min；所述低浓度甲烷的气体空间时速优选为20000～40000mL/h·g。
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