CN106807398A - 一种用于水汽环境下消除一氧化碳和甲醛的催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于水汽环境下消除一氧化碳和甲醛的催化剂及其制备方法，以Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物为载体、Pt为活性组分、In和K为助催化剂组成；贵金属Pt的质量为Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体的1‑3％；助催化剂In的质量为Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体的0.05‑0.3％；助催化剂K的质量为Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体的0.01‑0.1％。该催化剂采用溶胶凝胶法制备Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体，然后将Pt(NO3)2、In(NO3)3、柠檬酸钾混合溶液，以浸渍法制备Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4负载Pt、In、K催化剂。该催化剂能够大幅度地提高催化剂在水汽环境下的活性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学催化剂，特别涉及一种用于水汽环境下消除一氧化碳和甲醛的催化剂及其制备方法。
背景技术
CO和甲醛是典型的有毒有害气体，是最为常见的气态污染物之一。一氧化碳侵入机体，便会很快与血红蛋白结合成碳氧血红蛋白，从而阻碍氧与血红蛋白结合成氧合血红蛋白。中毒者就会出现脉弱，呼吸变慢，最后衰竭致死。甲醛为较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。甲醛浓度在每立方米空气中达到0.06-0.07mg/m3时，儿童就会发生轻微气喘。当室内空气中甲醛含量为0.1mg/m3时，就有异味和不适感；达到0.5mg/m3时，可刺激眼睛，引起流泪；达到0.6mg/m3，可引起咽喉不适或疼痛。长期接触低剂量甲醛也可引起慢性呼吸道疾病，新装修的房间甲醛含量较高，是众多疾病的主要诱因。
通过催化氧化消除CO和甲醛是工业界常用的方法，由于低温下消除CO和甲醛很多方面都具有很高的实用价值，因此研发低温或室温下消除CO和甲醛的催化剂一直受到学术界和工业界的关注。对于CO消除，主要用于空气净化、封闭式-循环CO2激光器、CO气体传感器、汽车尾气的控制、CO防毒面具以及密闭系统内的CO消除等方面。而甲醛消除，主要用于民用建筑工程室内的空气净化。一氧化碳和甲醛消除所用的催化剂主要有贵金属催化剂和非贵金属催化剂，贵金属以其良好的CO、O2吸附和活化性能被认为是催化CO和甲醛完全氧化的首选催化剂。研究人员往往通过改变催化剂的制备方法，调变催化剂载体和助催化剂来提高Pt催化剂的性能，努力提高催化剂的稳定性特别是水汽环境下使用的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有一氧化碳和甲醛消除催化剂存在的稳定性差的问题，提供一种用于水汽环境下消除一氧化碳和甲醛的高性能催化剂及其制备方法。
为解决该技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于水汽环境下消除一氧化碳和甲醛的Pt-In-K/Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4催化剂，其特征在于：该催化剂以Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物为载体、Pt为活性组分、In和K为助催化剂组成。Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体中，Ce、Fe、Co、V的摩尔比为0.8：0.1：0.1：1；贵金属Pt的质量为Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体的1-3％；助催化剂In的质量为Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体的0.05-0.3％；助催化剂K的质量为Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体的0.01-0.1％。
该催化剂的制备方法为：采用溶胶凝胶法制备Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体，然后将Pt(NO3)2、In(NO3)3、柠檬酸钾混合溶液，以浸渍法制备Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4负载Pt、In、K催化剂，即Pt-In-K/Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4催化剂。
具体包括如下步骤：
(1)将Ce(NO3)3·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、Co(NO3)3·6H2O、VOC2O4·5H2O和柠檬酸按照摩尔比为0.80：0.10：0.10：1.0：0.50溶于去离子水，完全溶解后于90℃水浴搅拌至凝胶状态，然后120℃干燥8小时，最后在500℃空气气氛下焙烧4小时，得到Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4载体，柠檬酸经过焙烧完全分解成二氧化碳和水离开催化剂。
(2)将Pt(NO3)2、In(NO3)3、柠檬酸钾混合溶液加入Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4载体中，浸渍2小时，接着90℃水浴炒干，120℃烘8小时，最后350℃氮气气氛下焙烧5小时，然后切换到空气气氛300℃焙烧4小时，得到Pt-In-K/Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4催化剂。其中贵金属Pt的质量为Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体的1-3％；助催化剂In的质量为Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体的0.05-0.3％；助催化剂K的质量为Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体的0.01-0.1％。
用上述方法制备的催化剂，其由Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体和贵金属Pt为活性组分、In和K为助催化剂结合，能够大幅度地提高催化剂在水汽环境下的活性和稳定性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做出进一步的具体说明，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
(1)将Ce(NO3)3·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、Co(NO3)3·6H2O、VOC2O4·5H2O和柠檬酸按照摩尔比为0.80：0.10：0.10：1.0：0.50，将69.5克Ce(NO3)3·6H2O、8.08克Fe(NO3)3·9H2O、9.03克Co(NO3)3·6H2O、49.0克VOC2O4·5H2O和19.2克柠檬酸溶于去离子水，完全溶解后于90℃水浴搅拌至凝胶状态，然后120℃干燥8小时，最后在500℃空气气氛下焙烧4小时，得到Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4载体。
(2)按照Pt、In和K在Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体中的质量百分含量分别为1.0％、0.20％和0.05％。将含有1.0克Pt的Pt(NO3)2溶液、0.68克In(NO3)3·5H2O和0.14克柠檬酸钾用去离子水稀释到100ml，完全溶解。然后加入到100g Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体中，浸渍2小时，接着90℃水浴炒干，120℃烘8小时，然后350℃氮气气氛下焙烧5小时，最后切换到空气气氛300℃焙烧4小时，得到实施例1的Pt-In-K/Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4催化剂。
(3)催化剂活性测试条件，将已制备的催化剂压片过筛，之后选择100-120目的催化剂颗粒，用量为0.1g，装入用于反应的石英管(内径为6mm)中。对于CO氧化，反应气为1％CO+1％O2+2％H2O，其余为氮气，其中空速为60000mL·g-1h-1，测定催化剂的CO反应性能。对于甲醛氧化，反应气为0.1％甲醛+1％O2+2％H2O，其余为氮气，其中空速为60000mL·g-1h-1，测定催化剂的CO反应性能。催化剂的CO氧化性能以70℃反应条件下的转化率来表示，分别测量1小时和10小时的转化率变化，以考察催化剂的稳定性。催化剂的甲醛氧化性能以60℃反应条件下的转化率来表示，分别测量1小时和10小时的转化率变化，以考察催化剂的稳定性。催化剂的反应性能见表1。
实施例2
(1)Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4载体的制备方法与实施例1相同。
(2)按照Pt、In和K在Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体中的质量百分含量分别为2.0％、0.20％和0.05％。将含有2.0克Pt的Pt(NO3)2溶液、0.68克In(NO3)3·5H2O和0.14克柠檬酸钾用去离子水稀释到100ml，完全溶解。然后加入到00g Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体中，浸渍2小时，接着90℃水浴炒干，120℃烘8小时，然后350℃氮气气氛下焙烧5小时，最后切换到空气气氛300℃焙烧4小时，得到实施例2的Pt-In-K/Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4催化剂。
(3)催化剂活性测试条件与实施例1相同。催化剂的反应性能见表1。
实施例3
(1)Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4载体的制备方法与实施例1相同。
(2)按照Pt、In和K在Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体中的质量百分含量分别为3.0％、0.20％和0.05％。将含有3.0克Pt的Pt(NO3)2溶液、0.68克In(NO3)3·5H2O和0.14克柠檬酸钾用去离子水稀释到100ml，完全溶解。然后加入到100g Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体中，浸渍2小时，接着90℃水浴炒干，120℃烘8小时，然后350℃氮气气氛下焙烧5小时，最后切换到空气气氛300℃焙烧4小时，得到实施例3的Pt-In-K/Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4催化剂。
(3)催化剂活性测试条件的与实施例1相同。催化剂的反应性能见表1。
实施例4
(1)Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4载体的制备方法与实施例1相同。
(2)按照Pt、In和K在Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体中的质量百分含量分别为2.0％、0.05％和0.10％。将含有2.0克Pt的Pt(NO3)2溶液、0.17克In(NO3)3·5H2O和0.28克柠檬酸钾用去离子水稀释到100ml，完全溶解。然后加入100g Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体中，浸渍2小时，接着90℃水浴炒干，120℃烘8小时，最后350℃氮气气氛下焙烧5小时，然后切换到空气气氛300℃焙烧4小时，得到实施例4的Pt-In-K/Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4催化剂。
(3)催化剂活性测试条件与实施例1相同。催化剂的反应性能见表1。
实施例5
(1)Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4载体的制备方法与实施例1相同。
(2)按照Pt、In和K在Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体中的质量百分含量分别为2.0％、0.10％和0.05％。将含有2.0克Pt的Pt(NO3)2溶液、0.34克In(NO3)3·5H2O和0.14克柠檬酸钾用去离子水稀释到100ml，完全溶解。然后加入到100g Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体中，浸渍2小时，接着90℃水浴炒干，120℃烘8小时，然后350℃氮气气氛下焙烧5小时，最后切换到空气气氛300℃焙烧4小时，得到实施例5的Pt-In-K/Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4催化剂。
(3)催化剂活性测试条件与实施例1相同。催化剂的反应性能见表1。
实施例6
(1)Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4载体的制备方法与实施例1相同。
(2)按照Pt、In和K在Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体中的质量百分含量分别为2.0％、0.30％和0.01％。将含有2.0克Pt的Pt(NO3)2溶液、1.02克In(NO3)3·5H2O和0.028克柠檬酸钾用去离子水稀释到100ml，完全溶解。然后加入到100g Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体中，浸渍2小时，接着90℃水浴炒干，120℃烘8小时，然后350℃氮气气氛下焙烧5小时，最后切换到空气气氛300℃焙烧4小时，得到实施例6的Pt-In-K/Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4催化剂。
(3)催化剂活性测试条件与实施例1相同。催化剂的反应性能见表1。
表1：实施例催化剂一氧化碳和甲醛消除的活性
由此可见，本发明的催化剂在水汽环境下对一氧化碳和甲醛催化消除有较好的效果，实施例3的催化剂虽然消除一氧化碳和甲醛的效果最好，但是贵金属Pt含量比较高。在贵金属含量为2％的实施例中，实施例5的催化剂性能最好。对比反应1小时和10小时的转化率，催化剂活性除了实施例1下降比较明显，其他实施例催化剂性能比较稳定。
Claims (2)
1.一种用于水汽环境下消除一氧化碳和甲醛的催化剂，其特征在于：该催化剂以Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物为载体、Pt为活性组分、In和K为助催化剂组成；贵金属Pt的质量为Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体的1-3％；助催化剂In的质量为Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体的0.05-0.3％；助催化剂K的质量为Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体的0.01-0.1％。
2.权利要求1所述催化剂的制备方法，其特征在于：采用溶胶凝胶法制备Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体，然后将Pt(NO3)2、In(NO3)3、柠檬酸钾混合溶液，以浸渍法制备Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4负载Pt、In、K催化剂，
具体包括如下步骤：
(1)将Ce(NO3)3·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、Co(NO3)3·6H2O、VOC2O4·5H2O和柠檬酸按照摩尔比为0.80：0.10：0.10：1.0：0.50溶于去离子水，完全溶解后于90℃水浴搅拌至凝胶状态，然后120℃干燥8小时，最后在500℃空气气氛下焙烧4小时，得到Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4载体；
(2)将Pt(NO3)2、In(NO3)3、柠檬酸钾混合溶液加入Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4载体中，浸渍2小时，接着90℃水浴炒干，120℃烘8小时，最后350℃氮气气氛下焙烧5小时，然后切换到空气气氛300℃焙烧4小时，得到催化剂，其中贵金属Pt的质量为Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体的1-3％；助催化剂In的质量为Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体的0.05-0.3％；助催化剂K的质量为Ce0.8Fe0.1Co0.1VO4复合氧化物载体的0.01-0.1％。
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