CN117839715A - 用于低温去除一氧化碳的催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于低温去除一氧化碳的催化剂及其制备方法，方法步骤如下：S1：介孔复合材料的制备：将正硅酸乙酯、模板剂、铈源、铁源和均三甲苯混合进行水热反应，并将反应后的产物在空气氛围下煅烧，即得介孔复合材料；S2：催化剂的制备：将活性组分溶解于去离子水中形成混合溶液，然后将S1的介孔复合材料加入混合溶液中，然后加入氨水进行沉淀，最后将沉淀后的固体物料于马弗炉中煅烧，即得催化剂。本发明能够在低温条件下实现一氧化碳的去除，且该催化剂具有优异的抗硫和耐水性能。
Description
技术领域
本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及用于低温去除一氧化碳的催化剂及其制备方法。
背景技术
目前，用于去除一氧化碳的催化剂主要包括贵金属催化剂和非贵金属催化剂。其中贵金属催化剂主要是以铂、铑、钯等贵金属作为活性组分负载在陶瓷载体上，该类催化剂虽然具有很好的催化效果，但是由于作为活性成分的贵金属成本较高，限制了该类催化剂的应用，且受实际烟气工况的影响，其性能下降或中毒失活；而对于非贵金属催化剂来说，虽然成本较低，但其行业应用催化效果相对较差，有待进一步提高和配方升级。此外，不论是对于贵金属催化剂还是非贵金属催化剂来说，均存在催化温度区间较高的问题，以及实际烟气下的二氧化硫和硫化氢对其性能有显著性的影响，进而导致催化剂在实际应用过程中的催化性能不够理想。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了用于低温去除一氧化碳的催化剂及其制备方法，能够在低温条件下实现一氧化碳的去除，且该催化剂具有优异的抗硫性能。
本发明提出的用于低温去除一氧化碳的催化剂的制备方法，方法步骤如下：
S1：介孔复合材料的制备
将正硅酸乙酯、模板剂、铈源、铁源和均三甲苯混合进行水热反应，并将反应后的产物在空气氛围下煅烧，即得介孔复合材料；
S2：催化剂的制备
将活性组分溶解于去离子水中形成混合溶液，然后将S1的介孔复合材料加入混合溶液中，然后加入氨水进行共沉淀，最后将沉淀后的固体物料于马弗炉中煅烧，即得催化剂。
优选地，S1中正硅酸乙酯、模板剂、铈源、铁源和均三甲苯的质量比为100:10-20:1-5:1-3:20-30。
优选地，S1中铈源为硝酸铈及其水合物、硫酸铈及其水合物、氯化铈及其水合物中的一种；铁源为硝酸铁及其水合物、硫酸铁及其水合物、氯化铁及其水合物中的一种。
优选地，S1中水热反应的温度为70-90℃，时间24-48h。
优选地，S1中煅烧的温度为400-500℃，时间2-6h。
优选地，S2中活性组分由铜盐、钴盐和锰盐的按摩尔比1:0.4-0.8:0.4-0.8组成。
优选地，S2中的铜盐为硝酸铜及其水合物、硫酸铜及其水合物、氯化铜及其水合物中的一种；钴盐为硝酸钴及其水合物、硫酸钴及其水合物、氯化钴及其水合物中的一种；锰盐为硝酸锰及其水合物、硫酸锰及其水合物、氯化锰及其水合物中的一种。
优选地，S2中介孔复合材料和活性组分的质量比为100:2-5。
优选地，S2中煅烧的温度为300-350℃，时间2-4h。
本发明提出的上述方法制备的用于低温去除一氧化碳的催化剂。
本发明提出的上述催化剂在去除一氧化碳中的应用。
本发明的有益技术效果：
本发明通过介孔复合材料与非贵金属耦合制备的催化剂不仅去除一氧化碳效果好，而且成本更低；本发明通过介孔复合材料与活性组分的耦合，提高了催化剂的比表面积，进而提高了催化剂的催化性能，且本发明的活性组分为尖晶石结构，经与介孔复合材料中的铁、铈的协同作用，还提高了催化剂的耐硫抗水性能；本发明的活性组分由铜盐、钴盐和锰盐组成，在提高催化剂去除一氧化碳性能上具有协同促进的作用，且制备的催化剂在低温条件下仍能够具有优异的催化性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
S1：介孔复合材料的制备
将正硅酸乙酯、模板剂、铈源、铁源和均三甲苯混合进行水热反应，并将反应后的产物在空气氛围下煅烧，即得介孔复合材料；
S2：催化剂的制备
将活性组分溶解于去离子水中形成混合溶液，然后将S1的介孔复合材料加入混合溶液中，然后加入氨水进行沉淀，最后将沉淀的固体物料于马弗炉中煅烧，即得催化剂。
S1中正硅酸乙酯、模板剂、铈源、铁源和均三甲苯的质量比为100:15:3:2:25。
S1中铈源为硝酸铈；铁源为氯化铁。
S1中水热反应的温度为80℃，时间36h。
S1中煅烧的温度为450℃，时间4h。
S2中活性组分由铜盐、钴盐和锰盐的按摩尔比1:0.6:0.6组成。
S2中的铜盐为氯化铜；钴盐为硝酸钴；锰盐为硝酸锰。
S2中介孔复合材料和活性组分的质量比为25:1。
S2中煅烧的温度为320℃，时间3h。
实施例2
S1：介孔复合材料的制备
将正硅酸乙酯、模板剂、铈源、铁源和均三甲苯混合进行水热反应，并将反应后的产物在空气氛围下煅烧，即得介孔复合材料；
S2：催化剂的制备
将活性组分溶解于去离子水中形成混合溶液，然后将S1的介孔复合材料加入混合溶液中，然后加入氨水进行沉淀，最后将沉淀的固体物料于马弗炉中煅烧，即得催化剂。
S1中正硅酸乙酯、模板剂、铈源、铁源和均三甲苯的质量比为100:10:1:1:20。
S1中铈源为硝酸铈；铁源为氯化铁。
S1中水热反应的温度为70℃，时间48h。
S1中煅烧的温度为400℃，时间6h。
S2中活性组分由铜盐、钴盐和锰盐的按摩尔比1:0.4:0.4组成。
S2中的铜盐为氯化铜；钴盐为硝酸钴；锰盐为硝酸锰。
S2中介孔复合材料和活性组分的质量比为50:1。
S2中煅烧的温度为300℃，时间4h。
实施例3
S1：介孔复合材料的制备
将正硅酸乙酯、模板剂、铈源、铁源和均三甲苯混合进行水热反应，并将反应后的产物在空气氛围下煅烧，即得介孔复合材料；
S2：催化剂的制备
将活性组分溶解于去离子水中形成混合溶液，然后将S1的介孔复合材料加入混合溶液中，然后加入氨水进行沉淀，最后将沉淀的固体物料于马弗炉中煅烧，即得催化剂。
S1中正硅酸乙酯、模板剂、铈源、铁源和均三甲苯的质量比为100:20:5:3:30。
S1中铈源为硝酸铈；铁源为氯化铁。
S1中水热反应的温度为90℃，时间24h。
S1中煅烧的温度为500℃，时间2h。
S2中活性组分由铜盐、钴盐和锰盐的按摩尔比1:0.8:0.8组成。
S2中的铜盐为氯化铜；钴盐为硝酸钴；锰盐为硝酸锰。
S2中介孔复合材料和活性组分的质量比为20:1。
S2中煅烧的温度为350℃，时间2h。
对比例1
本方案的活性组分为铜盐，其余条件均与实施例1相同。
对比例2
本方案的活性组分为钴盐，其余条件均与实施例1相同。
对比例3
本方案的活性组分为锰盐，其余条件均与实施例1相同。
对比例4
本方案的介孔复合材料制备方法为：将正硅酸乙酯、模板剂、铁源和均三甲苯混合进行水热反应，并将反应后的产物在空气氛围下煅烧，即得介孔复合材料；正硅酸乙酯、模板剂、铁源和均三甲苯的质量比为100:15:5:25。其余条件均与实施例1相同。
对比例5
本方案的介孔复合材料制备方法为：将正硅酸乙酯、模板剂、铈源和均三甲苯混合进行水热反应，并将反应后的产物在空气氛围下煅烧，即得介孔复合材料；正硅酸乙酯、模板剂、铈源和均三甲苯的质量比为100:15:5:25。其余条件均与实施例1相同。
对实施例1-3和对比例1-5制备的催化剂去除一氧化碳的效果进行测试，同时对催化剂的耐硫和抗水性能进行测定，结果如表1所示。其中：
催化剂活性测试条件为：5000ppm CO，5％O2，95.5％N2，空速为50000h-，反应温度为100℃。
催化剂抗硫耐水性能测试条件为：5000ppm CO，5％O2，1000ppm SO2，20％(体积比)H2O，N2为平衡气体，空速为50000h-，反应温度为115℃。
表1催化剂催化性能测试结果
由表1的试验结果可以看出，本发明的催化剂在低温条件下对CO的去除率高，且具有很好的抗硫耐水性能；由实施例1和对比例1-3的试验结果可以看出，本发明的活性组分铜、钴和锰氧化物在提高催化剂去除一氧化碳性能上具有协同促进的作用；由实施例1和对比例4、对比例5的试验结果可以看出，只有在介孔复合材料中同时加入铁和铈的情况下，才能够与活性组分共同作用提高催化剂的抗水抗硫性能，这是因为本发明的活性组分为尖晶石结构，而介孔复合材料中引入的铁和铈增加了更多的活性位点，使介孔复合材料的空间结构发生了变化，在与活性组分的共同作用下，实现了“载体和活性组分”的“构-效”作用。
Claims (10)
1.用于低温去除一氧化碳的催化剂的制备方法，其特征在于，方法步骤如下：
S1：介孔复合材料的制备
将正硅酸乙酯、模板剂、铈源、铁源和均三甲苯混合进行水热反应，并将反应后的产物在空气氛围下煅烧，即得介孔复合材料；
S2：催化剂的制备
将活性组分溶解于去离子水中形成混合溶液，然后将S1的介孔复合材料加入混合溶液中，然后加入氨水进行共沉淀，最后将沉淀后的固体物料于马弗炉中煅烧，即得催化剂。
2.根据权利要求1所述的用于低温去除一氧化碳的催化剂的制备方法，其特征在于，S1中正硅酸乙酯、模板剂、铈源、铁源和均三甲苯的质量比为100:10-20:1-5:1-3:20-30。
3.根据权利要求1所述的用于低温去除一氧化碳的催化剂的制备方法，其特征在于，S1中铈源为硝酸铈及其水合物、硫酸铈及其水合物、氯化铈及其水合物中的一种；铁源为硝酸铁及其水合物、硫酸铁及其水合物、氯化铁及其水合物中的一种。
4.根据权利要求1所述的用于低温去除一氧化碳的催化剂的制备方法，其特征在于，S1中水热反应的温度为70-90℃，时间24-48h；煅烧的温度为400-500℃，时间2-6h。
5.根据权利要求1所述的用于低温去除一氧化碳的催化剂的制备方法，其特征在于，S2中活性组分由铜盐、钴盐和锰盐的按摩尔比1:0.4-0.8:0.4-0.8组成。
6.根据权利要求5所述的用于低温去除一氧化碳的催化剂的制备方法，其特征在于，S2中的铜盐为硝酸铜及其水合物、硫酸铜及其水合物、氯化铜及其水合物中的一种；钴盐为硝酸钴及其水合物、硫酸钴及其水合物、氯化钴及其水合物中的一种；锰盐为硝酸锰及其水合物、硫酸锰及其水合物、氯化锰及其水合物中的一种。
7.根据权利要求1所述的用于低温去除一氧化碳的催化剂的制备方法，其特征在于，S2中介孔复合材料和活性组分的质量比为100:2-5。
8.根据权利要求1所述的用于低温去除一氧化碳的催化剂的制备方法，其特征在于，S2中煅烧的温度为300-350℃，时间2-4h。
9.如权利要求1-8任一项所述方法制备的用于低温去除一氧化碳的催化剂。
10.如权利要求9所述的催化剂在去除一氧化碳中的应用。
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