CN112007648A - 一种用于直链烷烃低温催化降解催化剂及其制备方法 - Google Patents
一种用于直链烷烃低温催化降解催化剂及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于直链烷烃低温催化降解催化剂及其制备方法，该催化剂是以氧化钴为基体，钾前驱体溶液为表面改性剂，表面羟基为催化活性中心，通过表面改性在特定形貌的氧化钴催化剂表面负载大量羟基，所述钾前驱体的负载量是0.01~2%，所述直链烷烃浓度为0.1~5%。与现在技术相比，本发明催化剂利用钾前驱体表面改性剂修饰了氧化钴催化剂的表面形貌，负载了大量羟基。该表面改性氧化钴催化剂对于低浓度直链烷烃催化降解反应具有优异的催化活性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及一种用于直链烷烃低温催化降解催化剂及其制备方法。
背景技术
直链烷烃是碳氢化合物中的一种，主要源于石油化工行业、储运、加油站、涂装印刷行业、汽车尾气排放等，是诱发雾霾、光化学烟雾等大气环境问题的核心因素。直链烷烃对人体的神经系统和皮肤有着极大危害，会致人畸形、癌症、甚至死亡，污染室内外空气、影响动植物生长。催化降解技术因其生产使用成本低、安全系数高、能效比高，受到广泛关注，被国际公认为是未来直链烷烃脱除技术的发展方向。因此，研发一种直链烷烃废气高效催化降解催化剂对于我国的环境与经济和谐发展尤为重要。
目前，在众多直链烷烃废气催化氧化催化剂中，贵金属催化剂因其具有优异的活性而被广泛研究和应用。然而，贵金属催化剂昂贵的成本和易中毒的缺陷，大大增加了企业的生产成本，限制了贵金属催化剂在碳氢化合物废气脱除行业的应用。非贵金属催化剂价格低廉，但是催化活性较低。中国专利申请202010187214.X公开了一种层片状氧化钴催化剂，能够在较低温度处理丙烷等烷烃，但是其使用寿命较短。因此，研发一种催化活性高且使用寿命长的非贵金属催化剂具有十分重要的意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于直链烷烃低温催化降解催化剂及其制备方法。
该催化剂是以表面改性氧化钴表面羟基为活性中心低温催化降解直链烷烃，所述表面改性氧化钴通过表面改性剂修饰立方体氧化钴后，抽滤、干燥、煅烧得到，所述氧化钴表面改性催化剂表面含有大量羟基，所述表面改性剂钾嵌入氧化钴晶格内产生晶格畸变，表面空位增加，原子配位数减少，进而解离吸附水得到大量表面羟基，所述钾前驱体的负载量是0.01~2%，所述催化剂可在低温高效脱除直链烷烃。
一种用于直链烷烃低温催化降解催化剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按配比称取钾前驱体、氨水和钴前驱体分别加入到去离子水中，搅拌一定时间后配得各类溶液；
（2）按顺序依次将浓度为0.01~1mol/L的钾前驱体溶液和浓度为0.1~10mol/L氨水溶液滴加进浓度为0.1~30mol/L钴前驱体溶液中，在室温以一定搅拌速率搅拌一定时间，得到混合物溶液；所述混合溶液pH值为8~14；
（3）将得到的混合物抽滤、洗涤、干燥、煅烧，得到用于直链烷烃低温催化降解的氧化钴表面改性催化剂粉末,即得到产品。
优选的，步骤（1）所述钾前驱体为氯化钾、碳酸钾、硝酸钾、乙酸钾中的一种。
优选的，步骤（1）所述氨水为工业用化学纯氨水；
优选的，步骤（1）所述钴前驱体为硝酸钴、氯化钴、乙酸钴中的一种；
优选的，步骤（2）所述搅拌时间为10~720min，所述搅拌速率为600~1500rpm；
优选的，步骤（3）所述干燥为加热干燥，干燥温度为60~150℃，干燥时间为6~24h；
优选的，步骤（3）所述煅烧为马弗炉在空气氛围下煅烧，煅烧温度为300~900℃；煅烧时间为4~24h。
将上述方法制备得到的氧化钴表面改性催化剂用于催化降解低浓度直链烷烃。
本发明的有益效果为：
（1）利用0.01~1mol/L浓度的钾前驱体溶液为表面改性剂，制得特定形貌的氧化钴表面改性催化剂，制得的催化剂表面含有大量羟基，且催化剂具有很好的稳定性以及催化性能。
（2）该法制备工艺和设备简单，安全环保、无二次污染，重复性好，有很好的工业应用前景。
（3）该催化剂用于低浓度直链烷烃的催化降解，在最佳条件下，氧化钴表面改性催化剂能在较低温度下将低浓度直链烷烃完全转化成二氧化碳和水，避免了将它直接排放到空气中造成能源浪费和环境污染问题，对环境友好，具有可持续性。
附图说明
图1为实施例1所制得的催化剂的扫描电子显微镜扫描图。
图2为对比例1所制得的催化剂的扫描电子显微镜扫描图。
图3为对比例2所制得的催化剂的扫描电子显微镜扫描图。
图4为实施例1、对比例1、2所制得的催化剂催化降解丙烷性能图。
图5为实施例1、对比例1、2所制得的催化剂催化降解丁烷性能图。
图6为实施例1和对比例1所制得的催化剂催化降解丁烷耐久性能图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
表面改性氧化钴催化剂的制备，包括以下步骤：
（1）取105mL氨水加入800mL去离子水溶液中，配得1.5mol/L的氨水溶液；
（2）取 0.75g氯化钾加入20mL去离子水溶液中，配得0.5mol/L的氯化钾溶液；
（3）取116.4g六水合硝酸钴粉末加入200mL去离子水中，并搅拌30min使粉末完全溶解，制得2mol/L硝酸钴溶液；
（4）取10mL配置好的氯化钾溶液加入步骤（3）中的硝酸钴溶液中，并搅拌60min使溶液充分混合均匀，制得混合溶液；
（5）将配置好的氨水溶液滴加到步骤（4）中的表面改性硝酸钴溶液中，滴加的同时进行搅拌并测量溶液的pH值，当pH等于11时，停止滴加氨水，在室温下继续搅拌6h；
（6）使用抽滤机抽滤得到的溶液，得到潮湿的粉末颗粒，使用去离子水和抽滤机继续洗涤潮湿的粉末颗粒，直到洗涤后的液体pH为中性，将潮湿的粉末固体放于干净的烧杯中，移至115℃的烘箱，干燥12h；
（7）将干燥后的粉末放入陶瓷罐中，移至马弗炉中，以3℃/min升温速率从室温升温到550℃，煅烧7h；
（8）取出马弗炉中的固体粉末，使用球磨在1000r/min的转速下将固体粉末碾碎，研磨30min后，得到细小的黑色的氧化钴颗粒，即制得表面改性氧化钴催化剂，放于干燥器中备用，最终得到的表面改性氧化钴粉末质量约为20g。
实施例2
表面改性氧化钴催化剂的制备，包括以下步骤：
（1）取35mL氨水加入800mL去离子水溶液中，配得0.5mol/L的氨水溶液；
（2）取 1.5g氯化钾加入20mL去离子水溶液中，配得1mol/L的氯化钾溶液；
（3）取116.4g六水合硝酸钴粉末加入200mL去离子水中，并搅拌30min使粉末完全溶解，制得2mol/L硝酸钴溶液；
（4）取10mL配置好的氯化钾溶液加入步骤（3）中的硝酸钴溶液中，并搅拌60min使溶液充分混合均匀，制得混合溶液；
（5）将配置好的氨水溶液滴加到步骤（4）中的表面改性硝酸钴溶液中，滴加的同时进行搅拌并测量溶液的pH值，当pH等于11时，停止滴加氨水，在室温下继续搅拌6h；
（6）使用抽滤机抽滤得到的溶液，得到潮湿的粉末颗粒，使用去离子水和抽滤机继续洗涤潮湿的粉末颗粒，直到洗涤后的液体pH为中性，将潮湿的粉末固体放于干净的烧杯中，移至115℃的烘箱，干燥12h；
（7）将干燥后的粉末放入陶瓷罐中，移至马弗炉中，以3℃/min升温速率从室温升温到550℃，煅烧7h；
（8）取出马弗炉中的固体粉末，使用球磨在1000r/min的转速下将固体粉末碾碎，研磨30min后，得到细小的黑色的氧化钴颗粒，即制得表面改性氧化钴催化剂，放于干燥器中备用，最终得到的表面改性氧化钴粉末质量约为20g。
实施例3
表面改性氧化钴催化剂的制备，包括以下步骤：
（1）取105mL氨水加入800mL去离子水溶液中，配得1.5mol/L的氨水溶液；
（2）取 0.15g氯化钾加入20mL去离子水溶液中，配得0.1mol/L的氯化钾溶液；
（3）取58.2g六水合硝酸钴粉末加入200mL去离子水中，并搅拌30min使粉末完全溶解，制得1mol/L硝酸钴溶液；
（4）取10mL配置好的氯化钾溶液加入步骤（3）中的硝酸钴溶液中，并搅拌60min使溶液充分混合均匀，制得混合溶液；
（5）将配置好的氨水溶液滴加到步骤（4）中的表面改性硝酸钴溶液中，滴加的同时进行搅拌并测量溶液的pH值，当pH等于11时，停止滴加氨水，在室温下继续搅拌6h；
（6）使用抽滤机抽滤得到的溶液，得到潮湿的粉末颗粒，使用去离子水和抽滤机继续洗涤潮湿的粉末颗粒，直到洗涤后的液体pH为中性，将潮湿的粉末固体放于干净的烧杯中，移至115℃的烘箱，干燥12h；
（7）将干燥后的粉末放入陶瓷罐中，移至马弗炉中，以3℃/min升温速率从室温升温到550℃，煅烧7h；
（8）取出马弗炉中的固体粉末，使用球磨在1000r/min的转速下将固体粉末碾碎，研磨30min后，得到细小的黑色的氧化钴颗粒，即制得表面改性氧化钴催化剂，放于干燥器中备用，最终得到的表面改性氧化钴粉末质量约为10g。
对比例1
本对比例1与实施例1的区别之处在于：未向溶液中添加氯化钾前驱体，其余步骤与实施例1相同；对比例1来源于中国专利申请202010187214.X的实施例。
具体制备步骤如下所示：
（1）取350mL的氨水加入规格为10L的烧杯中，加入去离子水至溶液体积为8L，配得0.5mol/L的氨水溶液；
（2）将1164g六水合硝酸钴粉末添加到盛有1000mL去离子水的反应桶中，搅拌60min使粉末完全溶解，形成六水合硝酸钴溶液；
（3）将氨水溶液滴加到步骤（2）中的六水合硝酸钴溶液中，滴加的同时测量溶液的pH值，当pH等于9时，停止滴加氨水，室温下于1000rpm下搅拌6h；
（4）使用抽滤机抽滤得到的溶液，得到潮湿的粉末颗粒，使用去离子水和抽滤机继续洗涤潮湿的粉末颗粒，直到洗涤后的液体pH为中性，将潮湿的粉末固体放于干净的烧杯中，移至80℃的烘箱，干燥12h；
（5）将干燥后的粉末放入陶瓷罐中，移至马弗炉中，以3℃/min升温速率从室温升温到500℃，煅烧5h；
（6）取出马弗炉中的固体粉末，使用球磨在1000r/min的转速下将固体粉末碾碎，研磨30min后，得到细小的黑色的氧化钴颗粒，即制得氧化钴催化剂，放于干燥器中备用，最终得到的氧化钴粉末质量约为200g；称取20g氧化钴粉末参与对照实验。
对比例2
本对比例2与实施例1的区别之处在于：添加氯化钾前驱体溶液的浓度为3mol/L，其余步骤与实施例1相同，最终得到的表面改性氧化钴粉末质量约为20g。
对照实验1
对实施例1、对比例1和对比例2中制得催化剂进行扫描电镜观察，如图1-3所示。
图1为实施例1所制得的表面改性氧化钴催化剂的扫描电子显微镜扫描图，通过图1可以看出表面改性后的氧化钴催化剂仍为立方晶体结构，经表面改性后，立方晶体的表面凹凸不平。通过比表面积吸附法测定催化剂的比表面积为9.8m2/g，而以对比例1制得的未经表面改性的氧化钴催化剂比表面积仅为3.5m2/g，该结果说明表面改性影响了催化剂的比表面积，而比表面积大意味着可以暴露出更多的活性位点，从而提高了催化剂的催化活性。图2为对比例1所制得的氧化钴纳米片催化剂的透射电子显微镜扫描图，可以看出未经表面改性的氧化钴为标准的立方晶体结构，且表面平滑。图3为对比例2所制得的高浓度钾前驱体表面改性氧化钴催化剂的扫描电子显微镜扫描图。可以看出，对比例2制得的表面改性氧化钴的晶体结构发生了显著变化，近似于球形，不同晶面对于催化活性有着显著影响，因此高浓度钾前驱体制备的表面改性氧化钴催化剂活性较差。
对照实验2
对实施例1、对比例1和对比例2制得催化剂催化降解直链烷烃性能进行测定。
以丙烷为例，催化剂的丁烷活性评价在固定床石英管式微型反应器(内径3mm)中进行，催化剂装填量为20mg，原料气为体积分数1%丙烷，其余气体为空气的混合气体，气体流速为10mL/min，相对应的气流空速为30000mL·h-1·g-1。反应器内的温度以5℃/min的速率逐渐升高。升温过程中，使反应器在选定的若干温度点保持5min以使反应达到稳定状态，产物气体中的烷烃经配有氢火焰检测器的GC-1690气相色谱仪在线分析，反应活性通过丙烷的转化率表示。
测定结果：图4为实施例1、对比例1和对比例2所制得表面改性氧化钴和未经表面改性氧化钴催化剂催化转化低浓度丙烷随温度转化的催化活性图，可以看出，实施例1制备的表面改性氧化钴催化剂可以在240℃将低浓度丙烷（1vol%丙烷、其余为空气）完全转化成二氧化碳和水，具有很好的烷烃催化降解效果，转化率为100%，催化剂使用168h后活性不变。对比例1制备的未经表面改性氧化钴催化剂可以在360℃完成催化转化低浓度丙烷，而对比例2经高浓度钾前驱体表面改性的氧化钴催化剂在410℃才能够完全催化转化低浓度丙烷。
对照实验3
对实施例1、对比例1和对比例2制得催化剂催化降解直链烷烃性能进行测定。
以丁烷为例，测试步骤和装置同对照实验2。图5为实施例1、对比例1和对比例2分别对应所制得的表面改性氧化钴催化剂、未经表面改性氧化钴催化剂、经高浓度钾前驱体表面改性的氧化钴催化剂催化转化低浓度丁烷随温度转化的催化活性图，可以看出，实施例1制备的表面改性氧化钴催化剂可以在210℃将低浓度丁烷（1vol%丁烷、其余为空气）完全转化成二氧化碳和水，具有很好的烷烃催化降解效果，转化率为100%，催化剂使用168h后活性不变。对比例1制备的未经表面改性氧化钴催化剂可以在350℃完成催化转化低浓度丁烷，而对比例2经高浓度钾前驱体表面改性的氧化钴催化剂在410℃才能够完全催化转化低浓度丁烷。
对照实验4
以丁烷为例，测试步骤和装置同对照实验2。图6为实施例1和对比例1所制得的表面改性氧化钴和片层状氧化钴的耐久性活性图。可以看出，实施例1制备的表面改性氧化钴在210℃，使用168小时后，仍可保持极高的丁烷催化降解率，而片层状氧化钴在使用60小时后，丁烷的催化降解率逐渐降低。
Claims (10)
1.一种用于直链烷烃低温催化降解催化剂，其特征在于，该催化剂是以表面改性氧化钴表面羟基为活性中心，所述表面羟基通过钾前驱体表面改性氧化钴得到，所述钾前驱体的负载量是0.01~2%。
2.一种如权利要求1所述的一种用于直链烷烃低温催化降解催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按配比称取钾前驱体、氨水和钴前驱体分别加入到去离子水中，搅拌一定时间后配得各类溶液；所述钾前驱体溶液浓度为0.01~1mol/L，所述氨水溶液浓度为0.1~10mol/L，所述钴溶液浓度为0.1~30mol/L；
（2）按顺序依次将一定浓度的钾前驱体溶液和氨水溶液滴加进钴前驱体溶液中，在室温以一定搅拌速率搅拌一定时间，得到混合物溶液，所述混合溶液pH值为8~14；
（3）将得到的混合物抽滤、洗涤、干燥、煅烧，得到用于直链烷烃低温催化降解的氧化钴表面改性催化剂粉末,即得到产品。
3.根据权利要求2所述的一种用于直链烷烃低温催化降解催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述钾前驱体为氯化钾、碳酸钾、硝酸钾、乙酸钾中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种用于直链烷烃低温催化降解催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述氨水为工业用化学纯氨水。
5.根据权利要求2所述的一种用于直链烷烃低温催化降解催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述钴前驱体为硝酸钴、氯化钴、乙酸钴中的一种。
6.根据权利要求2所述的一种用于直链烷烃低温催化降解催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述搅拌时间为10~120min，所述搅拌速率为200~1500rpm。
7.根据权利要求2所述的一种用于直链烷烃低温催化降解催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述搅拌时间为10~720min，所述搅拌速率为600~1500rpm。
8.根据权利要求2所述的一种用于直链烷烃低温催化降解催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述干燥为加热干燥，干燥温度为60~150℃，干燥时间为6~24h。
9.根据权利要求2所述的一种用于直链烷烃低温催化降解催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述煅烧为马弗炉在空气氛围下煅烧，煅烧温度为为300~900℃；煅烧时间为4~24h。
10.一种将权利要求2至9任一项所述的方法制备得到的表面改性氧化钴催化剂用于催化降解低浓度直链烷烃，所述直链烷烃为C1~C5类直链烷烃，所述直链烷烃浓度为0.1~5%。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117757077A (zh) * | 2024-01-09 | 2024-03-26 | 广州盛泰诺新材料科技有限公司 | 一种高活性单端羟基硅油的制备方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1543001A (en) * | 1976-01-09 | 1979-03-28 | Ppg Industries Inc | Catalytic oxidation of c2 to c4 halogenerated hydrocarbons |
| JP2003001068A (ja) * | 2001-06-26 | 2003-01-07 | Nippon Oil Corp | ディーゼル排ガス浄化触媒の製造方法 |
| CN101559374A (zh) * | 2009-05-27 | 2009-10-21 | 南京工业大学 | 一种双功能催化剂及其制备方法和应用 |
| WO2009142520A1 (en) * | 2008-05-21 | 2009-11-26 | Uniwersytet Jagiellonski | Catalyst for low-temperature decomposition of dinitrogen oxide and a process for the preparation thereof |
| CN102580730A (zh) * | 2011-01-12 | 2012-07-18 | 北京化工大学 | 一种净化汽车尾气用催化剂及其制备方法 |
| PL400287A1 (pl) * | 2012-08-07 | 2014-02-17 | Uniwersytet Jagiellonski | Wieloskladnikowy katalizator tlenkowy do niskotemperaturowego utleniania metanu oraz sposób jego wytwarzania |
| CN109395734A (zh) * | 2018-11-15 | 2019-03-01 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 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 |
| CN109603889A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-04-12 | 上海应用技术大学 | 一种用于甲醛低温催化氧化的催化剂及其制备方法 |
| CN111359612A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-07-03 | 合肥能源研究院 | 一种氧化钴或氧化钴掺杂氧化镍催化剂及其制备方法与应用 |
-
2020
- 2020-07-29 CN CN202010744218.3A patent/CN112007648A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1543001A (en) * | 1976-01-09 | 1979-03-28 | Ppg Industries Inc | Catalytic oxidation of c2 to c4 halogenerated hydrocarbons |
| JP2003001068A (ja) * | 2001-06-26 | 2003-01-07 | Nippon Oil Corp | ディーゼル排ガス浄化触媒の製造方法 |
| WO2009142520A1 (en) * | 2008-05-21 | 2009-11-26 | Uniwersytet Jagiellonski | Catalyst for low-temperature decomposition of dinitrogen oxide and a process for the preparation thereof |
| CN101559374A (zh) * | 2009-05-27 | 2009-10-21 | 南京工业大学 | 一种双功能催化剂及其制备方法和应用 |
| CN102580730A (zh) * | 2011-01-12 | 2012-07-18 | 北京化工大学 | 一种净化汽车尾气用催化剂及其制备方法 |
| PL400287A1 (pl) * | 2012-08-07 | 2014-02-17 | Uniwersytet Jagiellonski | Wieloskladnikowy katalizator tlenkowy do niskotemperaturowego utleniania metanu oraz sposób jego wytwarzania |
| CN109395734A (zh) * | 2018-11-15 | 2019-03-01 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 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 |
| CN109603889A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-04-12 | 上海应用技术大学 | 一种用于甲醛低温催化氧化的催化剂及其制备方法 |
| CN111359612A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-07-03 | 合肥能源研究院 | 一种氧化钴或氧化钴掺杂氧化镍催化剂及其制备方法与应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| KUN CHEN ET.AL: "Hydroxyl groups attached to Co2+ on the surface of Co3O4: a promising structure for propane catalytic oxidation", 《CATALYSIS SCIENCE & TECHNOLOGY》 * |
| ZEYUN FAN ET.AL: "Promotion effect of potassium carbonate on catalytic activity of Co3O4 for formaldehyde removal", 《JOURNAL OF CHEMICAL TECHNOLOGY AND BIOTECHNOLOGY》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117757077A (zh) * | 2024-01-09 | 2024-03-26 | 广州盛泰诺新材料科技有限公司 | 一种高活性单端羟基硅油的制备方法 |
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