CN111054389B - 一种甲醇低温制热催化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甲醇低温制热催化剂及其制备方法。由催化剂载体和活性成分组成，所述活性组分为三层结构，从内到外依次覆盖在催化剂载体表面，最内层活性组分为铁、锰和铜；中间层活性组分为镍、钴和镧；最外层活性组分为铂、钛和钯。本发明在催化剂活性成分中加入铜元素、镍元素，铜和镍能协助将甲醇催化转化成活性过渡产物，有利于更清洁快速的与空气反应，可以减少铂元素的用量30%。本发明加入了铁、锰、钴、钛和镧元素，这几种元素与铂元素、钯元素协同作用有助于促进燃烧，起燃温度最低可降至20℃以下，而且制热速度加快。

Description

一种甲醇低温制热催化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及甲醇制热技术领域，具体地说，涉及一种甲醇制热催化剂及其制备技术。

背景技术

目前很多高档别墅住宅区，旅游风景区，度假山庄都处在市郊风景优美的地方，这些地方无市政供暖且用电负荷限制，电热供暖无法达到理想的供暖效果，无法满足舒适的居住环境，并且电网改造成本高。甲醇是一种清洁型能源，其在催化剂(FWCC系列催化剂以蜂窝陶瓷为载体，以贵金属Pt、Pd为主要活性成分)的催化作用下，发生放热反应，且产物是二氧化碳和水，无其他有害物质生成。然而，传统的催化剂采用蜂窝状陶瓷作为载体容易出现停留时间不够、燃烧不完全、燃烧效率不高等问题，而采用较多的贵金属Pt、Pd的成本高、且存在起燃温度高等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种成本低、起燃温度低且燃烧效率高的甲醇低温制热催化剂及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种甲醇低温制热催化剂，由催化剂载体和活性成分组成，所述活性组分为三层结构，从内到外依次覆盖在催化剂载体表面，最内层活性组分为铁、锰和铜；中间层活性组分为镍、钴和镧；最外层活性组分为铂、钛和钯。

作为优选的，在上述甲醇低温制热催化剂中，所述铁、锰和铜的质量比为0.5-2：1-2：1.5-2.5；所述镍、钴和镧的质量比为0.5-1：1-2：1-2；所述铂、钛和钯的质量比为0.5-2：1-2：1.5-2.5。

作为优选的，在上述甲醇低温制热催化剂中，所述催化剂载体为不锈钢材料；所述催化剂载体为蜂窝状或者波纹状。本发明的催化剂载体采用不锈钢材料，有利于解决采用陶瓷材料时出现的催化剂碎裂，堵塞反应器等问题。采用不锈钢材料作为载体的另一个好处是，不锈钢材质的形状容易控制，有利于维持适中的阻力，使甲醇通过催化剂层的压力降不会太大，又有一定的通过时间。采用不锈钢材料作为载体的第三个好处是不锈钢的传热速度更快，不容易造成局部过热，从而可减少因局部过热造成的催化剂烧结、碎裂等问题。由于甲醇的低温催化燃烧需要相对较长的时间，放热速度也很快，如果采用传统颗粒状陶瓷做载体容易出现前端局部过热，催化剂烧毁等问题，如果采用传统蜂窝状陶瓷作为载体则容易出现停留时间不够，燃烧不完全，燃烧效率不高等问题，需要加长反应器长度来解决。

上述甲醇低温制热催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）配制第一次浸渍液，将催化剂载体浸泡入第一次浸渍液中30分钟以上，取出90-120℃烘干，于500-750℃煅烧，取出冷却；

（2）配制第二次浸渍液，将冷却后的催化剂载体浸泡入溶液中30分钟以上，取出90-120℃烘干，于500-750℃煅烧，取出冷却；

（3）配制第三次浸渍液，将冷却后的催化剂载体浸泡入溶液中30分钟以上，取出90-120℃烘干，于500-750℃煅烧，取出冷却即可得到目标催化剂。

作为优选的，在上述甲醇低温制热催化剂的制备方法中，具体包括如下步骤：

（1）配制第一次浸渍液，将催化剂载体浸泡入第一次浸渍液中30分钟以上，取出105℃烘干，于650℃煅烧1h，取出冷却；

（2）配制第二次浸渍液，将冷却后的催化剂载体浸泡入溶液中30分钟以上，取出105℃烘干，于650℃煅烧1h，取出冷却；

（3）配制第三次浸渍液，将冷却后的催化剂载体浸泡入溶液中30分钟以上，取出105℃烘干，于650℃煅烧1h，取出冷却即可得到目标催化剂。

作为优选的，在上述甲醇低温制热催化剂的制备方法中，所述第一次浸渍液由如下重量百分数的组分组成：

硝酸铁——0.5%-2%，

硝酸锰——1%-2%，

硝酸铜——1.5%-2.5%，

水——余量。

作为优选的，在上述甲醇低温制热催化剂的制备方法中，所述第二次浸渍液由如下重量百分数的组分组成：

硝酸镍——0.5%-1%，

硝酸钴——1%-2%，

硝酸镧——1%-2%，

水——余量。

作为优选的，在上述甲醇低温制热催化剂的制备方法中，所述第三次浸渍液由如下重量百分数的组分组成：

氯铂酸——0.2%-0.5%，

硝酸钛——1%-2%，

硝酸钯——1%-2%，

水——余量。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明在催化剂活性成分中加入铜元素、镍元素，铜和镍能协助将甲醇催化转化成活性过渡产物，有利于更清洁快速的与空气反应，可以减少铂元素的用量30%。本发明把催化剂分多次浸渍和煅烧，把活性最高的铂、钛和钯放在最外层，有助于促进快速反应，达到迅速起燃的目的，同时产生的温度等能激活中间和内层的金属元素。把中等活性的元素放在中间和内层有助于维持持续反应过程。中间和内层的催化剂在外层催化剂激活和提供能量下，持续进行催化反应，从而减少贵金属催化剂的用量；铂元素用量仅为传统催化剂的70%，极大节约成本。

2.本发明加入了铁、锰、钴、钛和镧元素，这几种元素与铂元素、钯元素协同作用有助于促进燃烧，降低起燃温度，降低有害尾气的排放。本发明的甲醇低温制热催化剂解决了传统无火焰燃烧催化剂起燃速度慢，需要温度高和需要贵金属和稀土元素较多的问题，有效降低起燃温度，使用本发明催化剂起燃温度最低可降至20℃以下，而且制热速度加快。

3.本发明的催化剂载体采用不锈钢材料，有利于解决采用陶瓷材料时出现的催化剂碎裂，堵塞反应器等问题。采用不锈钢材料作为载体的另一个好处是，不锈钢材质的形状容易控制，有利于维持适中的阻力，使甲醇通过催化剂层的压力降不会太大，又有一定的通过时间。采用不锈钢材料作为载体的第三个好处是不锈钢的传热速度更快，不容易造成局部过热，从而可减少因局部过热造成的催化剂烧结、碎裂等问题。由于甲醇的低温催化燃烧需要相对较长的时间，放热速度也很快，如果采用传统颗粒状陶瓷做载体容易出现前端局部过热，催化剂烧毁等问题，如果采用传统蜂窝状陶瓷作为载体则容易出现停留时间不够，燃烧不完全，燃烧效率不高等问题，需要加长反应器长度来解决。

具体实施方式

实施例1：甲醇低温制热催化剂的制备方法

第一次浸渍液由如下重量百分数的组分组成：硝酸铁0.5%，硝酸锰1%，硝酸铜2.5%，水余量。第二次浸渍液由如下重量百分数的组分组成：硝酸镍0.5%，硝酸钴2%，硝酸镧2%，水余量。第三次浸渍液由如下重量百分数的组分组成：氯铂酸0.5%，硝酸钛1%，硝酸钯2%，水余量。

将硝酸铁、硝酸锰、硝酸铜按上述比例配成第一次浸渍液，将蜂窝状的不锈钢催化剂载体浸泡入第一次浸渍液中30分钟以上，取出105℃烘干，于650℃煅烧1h，取出冷却。将硝酸镍、硝酸钴、硝酸镧按上述比例配成第二次浸渍液，将冷却后的催化剂载体浸泡入第二次浸渍液中30分钟以上，取出105℃烘干，于650℃煅烧1h，取出冷却。将氯铂酸、硝酸钛、硝酸钯按上述比例配成第三次浸渍液，将冷却后的催化剂载体浸泡入第三次浸渍液中30分钟以上，取出105℃烘干，于650℃煅烧1h，取出冷却即可得到三层结构的甲醇低温制热催化剂。

实施例2：甲醇低温制热催化剂的制备方法

第一次浸渍液由如下重量百分数的组分组成：硝酸铁2%，硝酸锰2%，硝酸铜2%，水余量。第二次浸渍液由如下重量百分数的组分组成：硝酸镍1%，硝酸钴1.5%，硝酸镧1%，水余量。第三次浸渍液由如下重量百分数的组分组成：氯铂酸0.3%，硝酸钛2%，硝酸钯1%，水余量。

将硝酸铁、硝酸锰、硝酸铜按上述比例配成第一次浸渍液，将波纹状的不锈钢催化剂载体浸泡入第一次浸渍液中30分钟以上，取出100℃烘干，于750℃煅烧1h，取出冷却。将硝酸镍、硝酸钴、硝酸镧按上述比例配成第二次浸渍液，将冷却后的催化剂载体浸泡入第二次浸渍液中30分钟以上，取出115℃烘干，于600℃煅烧1h，取出冷却。将氯铂酸、硝酸钛、硝酸钯按上述比例配成第三次浸渍液，将冷却后的催化剂载体浸泡入第三次浸渍液中30分钟以上，取出90℃烘干，于500℃煅烧1h，取出冷却即可得到三层结构的甲醇低温制热催化剂。

实施例3：甲醇低温制热催化剂的制备方法

第一次浸渍液由如下重量百分数的组分组成：硝酸铁1%，硝酸锰1.5%，硝酸铜2.5%，水余量。第二次浸渍液由如下重量百分数的组分组成：硝酸镍0.8%，硝酸钴3%，硝酸镧1.5%，水余量。第三次浸渍液由如下重量百分数的组分组成：氯铂酸0.4%，硝酸钛1.5%，硝酸钯1.5%，水余量。

将硝酸铁、硝酸锰、硝酸铜按上述比例配成第一次浸渍液，将蜂窝状的不锈钢催化剂载体浸泡入第一次浸渍液中30分钟以上，取出110℃烘干，于550℃煅烧1h，取出冷却。将硝酸镍、硝酸钴、硝酸镧按上述比例配成第二次浸渍液，将冷却后的催化剂载体浸泡入第二次浸渍液中30分钟以上，取出115℃烘干，于650℃煅烧1h，取出冷却。将氯铂酸、硝酸钛、硝酸钯按上述比例配成第三次浸渍液，将冷却后的催化剂载体浸泡入第三次浸渍液中30分钟以上，取出120℃烘干，于600℃煅烧1h，取出冷却即可得到三层结构的甲醇低温制热催化剂。

Claims (2)

1.一种甲醇低温制热催化剂，由催化剂载体和活性成分组成，其特征在于所述活性组分为三层结构，从内到外依次覆盖在催化剂载体表面，最内层活性组分为铁、锰和铜；中间层活性组分为镍、钴和镧；最外层活性组分为铂、钛和钯；

所述铁、锰和铜的质量比为0.5-2：1-2：1.5-2.5；所述镍、钴和镧的质量比为0.5-1：1-2：1-2；所述铂、钛和钯的质量比为0.5-2：1-2：1.5-2.5；

所述催化剂载体为不锈钢材料；

所述催化剂载体为蜂窝状或者波纹状；

制备方法包括如下步骤：

（1）配制第一次浸渍液，将催化剂载体浸泡入第一次浸渍液中30分钟以上，取出90-120℃烘干，于500-750℃煅烧，取出冷却；

（2）配制第二次浸渍液，将冷却后的催化剂载体浸泡入溶液中30分钟以上，取出90-120℃烘干，于500-750℃煅烧，取出冷却；

（3）配制第三次浸渍液，将冷却后的催化剂载体浸泡入溶液中30分钟以上，取出90-120℃烘干，于500-750℃煅烧，取出冷却即可得到目标催化剂；

所述第一次浸渍液由如下重量百分数的组分组成：

硝酸铁——0.5%-2%，

硝酸锰——1%-2%，

硝酸铜——1.5%-2.5%，

水——余量；

所述第二次浸渍液由如下重量百分数的组分组成：

硝酸镍——0.5%-1%，

硝酸钴——1%-2%，

硝酸镧——1%-2%，

水——余量；

所述第三次浸渍液由如下重量百分数的组分组成：

氯铂酸——0.2%-0.5%，

硝酸钛——1%-2%，

硝酸钯——1%-2%，

水——余量。

2.如权利要求1所述的甲醇低温制热催化剂，其特征在于所述制备方法包括如下步骤：

（1）配制第一次浸渍液，将催化剂载体浸泡入第一次浸渍液中30分钟以上，取出105℃烘干，于650℃煅烧1h，取出冷却；

（2）配制第二次浸渍液，将冷却后的催化剂载体浸泡入溶液中30分钟以上，取出105℃烘干，于650℃煅烧1h，取出冷却；

（3）配制第三次浸渍液，将冷却后的催化剂载体浸泡入溶液中30分钟以上，取出105℃烘干，于650℃煅烧1h，取出冷却即可得到目标催化剂。