具有雙孔道三維結(jié)構(gòu)的銅鈰催化劑的制備工藝及其制品制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了具有雙孔道三維結(jié)構(gòu)的銅鈰催化劑的制備工藝及其制品，其制備工藝為：以介孔硅KIT?6為硬模板，將一定比例的硝酸鈰，硝酸銅，硝酸鉀在乙醇溶液中混合均勻填充在介孔硅KIT?6中，然后經(jīng)過煅燒，去除模板得到雙孔道三維結(jié)構(gòu)的銅鈰催化劑。本發(fā)明專利技術(shù)選擇介孔硅KIT?6為硬模板主要是為了給銅鈰催化劑提供一個三維結(jié)構(gòu)模板，選擇一定比例的硝酸鉀是為了最終得到一個開放的雙孔道結(jié)構(gòu)。本發(fā)明專利技術(shù)所得到的銅鈰催化劑具有開放的雙孔道結(jié)構(gòu)，表面催化活性位點較多，催化反應能壘更低，在323K下就能將低濃度CO完全去除，并且連續(xù)工作24h依然能夠保持100%的CO去除效率。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種銅鈰催化劑，具體是指具有雙孔道三維結(jié)構(gòu)的銅鈰催化劑的制備工藝及其制品。
技術(shù)介紹
CO是一種危害嚴重的氣體污染物，來源廣泛，無色無味，具有血毒性，能夠輕易與血紅蛋白結(jié)合阻止氧氣的傳輸，從而導致機體缺氧，嚴重損害人體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)以及肝臟、腎臟等部位，甚至死亡。CO氧化是催化研究中常用的模型反應，具有重要的實際應用價值。CO催化氧化技術(shù)應用也十分廣泛：消防自救式呼吸機、防毒面具、礦井下救生艙、密閉環(huán)境體系（如航天器、潛艇、飛機等）以及煙草降害等。由此可見，CO消除涉及到環(huán)境、健康、軍工等眾多領(lǐng)域，實現(xiàn)CO在較低溫度下消除已經(jīng)成為催化研究的熱點問題之一。目前，催化氧化技術(shù)是一種消除低濃度CO有效的方法，貴金屬催化劑（Au、Pd、Pt）等由于具有催化活性高、穩(wěn)定性好、抗水能力強等特點而被廣泛應用于CO低溫催化氧化研究，但是其高昂的價格限制了大規(guī)模的應用。對于價格低廉的非貴金屬催化劑，如果其能在室溫下對CO去除和貴金屬催化劑活性相當，則非貴金屬催化將會具有更強的應用競爭力。據(jù)文獻報道，在眾多非貴金屬催化劑中，銅鈰催化劑展現(xiàn)出了較好的CO催化效果。銅鈰催化劑的形貌、孔結(jié)構(gòu)會對催化劑的催化性能產(chǎn)生重要影響，已經(jīng)有不同形貌（花瓣狀、棒狀、立方體、納米線等）和孔結(jié)構(gòu)（介孔、蠕蟲狀等）的銅鈰催化劑被制備，并且它們都能夠?qū)⒌蜐舛鹊腃O完全轉(zhuǎn)化，但是其存在的缺陷是：其用于CO完全轉(zhuǎn)化溫度基本都大于100℃，同時在空速較大時，含有水汽時催化活性明顯降低，有些介孔銅鈰催化劑穩(wěn)定性也不夠好。因此開發(fā)一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠在低溫下實現(xiàn)CO的完全轉(zhuǎn)化的銅鈰催化劑，非常具有開發(fā)意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點和不足，而提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、且能在低溫下實現(xiàn)CO催化氧化的具有雙孔道三維結(jié)構(gòu)的銅鈰催化劑的制備工藝。本專利技術(shù)的另一個目的是提供一種具有雙孔道三維結(jié)構(gòu)的銅鈰催化劑。為實現(xiàn)本專利技術(shù)的第一個目的，本專利技術(shù)的技術(shù)方案是包括以下步驟：（1）以介孔硅KIT-6作為硬模板；（2）將硝酸鈰、硝酸銅、硝酸鉀加入到乙醇溶液當中，攪拌并充分溶解，其中Cu/(Cu+Ce)摩爾百分數(shù)為10%-30%，(Cu+Ce)/K摩爾比為1-5，最終所得溶液濃度在0.4-0.7mol/L的混合溶液，備用；（3）將步驟（1）中制備的介孔硅KIT-6加入到步驟（2）所制備的混合溶液中，在水浴環(huán)境下經(jīng)加熱攪拌直到溶液完全揮發(fā)形成干燥粉末；（4）將步驟（3）所得干燥粉末在空氣氣氛中經(jīng)高溫焙燒4-5h；（5）將步驟（4）中焙燒所得粉末在熱的KOH溶液中攪拌處理，然后經(jīng)洗滌干燥得到具有開放雙孔道三維結(jié)構(gòu)銅鈰催化劑。進一步設置是所述的步驟（1）中采用水熱合成方法制備介孔硅KIT-6。進一步設置是所述的步驟（1）水熱合成溫度為100℃，水熱合成時間為24h。進一步設置是步驟（2）中，通過調(diào)整Cu/(Cu+Ce)摩爾百分數(shù)在15%-25%，銅鈰催化劑達到最優(yōu)催化效果，通過調(diào)整(Cu+Ce)/K摩爾比在2-3，銅鈰催化劑雙孔道結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，并且催化效果最好。本專利技術(shù)的第二個目的，是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)，該銅鈰催化劑具有雙孔道和三維結(jié)構(gòu)，雙孔道包括有第一孔道和第二孔道，其中，三維結(jié)構(gòu)通過介孔硅KIT-6的多孔結(jié)構(gòu)形成了銅鈰催化劑的三維結(jié)構(gòu)，第一孔道通過介孔硅KIT-6形成且孔徑等于介孔硅KIT-6孔壁，第二孔道是通過在銅鈰催化劑中摻入一定量鉀離子所形成的氧化鉀易溶于水的特性而水洗氧化鉀而得到。本專利技術(shù)公開了一種雙孔道三維結(jié)構(gòu)銅鈰催化劑的制備工藝，通過介孔硅KIT-6提供了銅鈰催化劑的三維結(jié)構(gòu)和孔徑等于介孔硅KIT-6孔壁的第一種孔道，通過在銅鈰催化劑中摻入一定量鉀離子所形成的氧化鉀易溶于水的特性，得到了銅鈰催化劑中的第二種孔道，因此會形成具有雙孔道三維結(jié)構(gòu)的銅鈰催化劑。通過調(diào)節(jié)(Cu+Ce)/K摩爾比和Cu/(Cu+Ce)摩爾百分數(shù)可以對催化劑的孔道結(jié)構(gòu)及催化活性進行調(diào)控，另外也可以通過調(diào)整硝酸鈰，硝酸銅，硝酸鉀按照比例所配溶液摩爾濃度調(diào)節(jié)模板的填充程度，進而調(diào)節(jié)孔道的完整程度。與已有技術(shù)相比，本專利技術(shù)所述的一種雙孔道三維結(jié)構(gòu)銅鈰催化劑的制備具有以下優(yōu)點：采用廉價的硝酸鈰、硝酸銅和硝酸鉀等非貴金屬為原料，催化劑成本低；制備方法相對簡單，可實現(xiàn)催化劑孔道可調(diào)節(jié)操作；所制備的銅鈰催化劑比表面積更大，孔道更為開放，暴露活性位點更多，表面活化能更低；所制備的銅鈰催化劑具有更好的CO催化活性和穩(wěn)定性。下面結(jié)合說明書附圖和具體實施方式對本專利技術(shù)做進一步介紹。附圖說明圖1是介孔硅KIT-6(a)和雙孔道三維結(jié)構(gòu)的銅鈰催化劑（b）TEM圖片，由圖可知銅鈰催化劑很好的保持了介孔硅KIT-6的三維結(jié)構(gòu)；圖2是雙孔道三維結(jié)構(gòu)的銅鈰催化劑的BJH孔徑分布圖，從圖中可以明顯的看出銅鈰催化劑具有雙孔道結(jié)構(gòu)。具體實施方式下面通過實施例對本專利技術(shù)進行具體的描述，只用于對本專利技術(shù)進行進一步說明，不能理解為對本專利技術(shù)保護范圍的限定，該領(lǐng)域的技術(shù)工程師可根據(jù)上述專利技術(shù)的內(nèi)容對本專利技術(shù)作出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整。實施例1：將6gP123（聚環(huán)氧乙烯醚-聚環(huán)氧炳烯醚-聚環(huán)氧乙烯醚三嵌段共聚物，數(shù)均分子量5800）加入到220g去離子水和12g(35wt%)濃鹽酸的混合溶液當中。攪拌6h直到P123完全溶解，形成透明膠體溶液。然后加入6g正丁醇，繼續(xù)攪拌1h后加入12.86g正硅酸四乙酯，繼續(xù)攪拌24h。然后將混合溶液移入反應釜，100℃下水熱反應24h。所得樣品經(jīng)過過濾，洗滌，干燥后，于馬弗爐空氣氣氛下550℃條件下焙燒4h，得到白色粉末即為介孔硅KIT-6。實施例2：將2.2gCe(NO3)3·6H2O、0.21gCu(NO3)2·3H2O和0.22gKNO3（其中Cu/(Cu+Ce)摩爾百分數(shù)為15%，(Cu+Ce)/K的摩爾比為2）溶解在10mL的乙醇溶液當中，攪拌20min使其完全溶解，最終所得溶液濃度約為0.4mol/L。然后將1g介孔硅KIT-6加入到混合液中，在水浴環(huán)境下經(jīng)60℃加熱攪拌直到溶液完全揮發(fā)形成干燥粉末，將此粉末在馬弗爐空氣氣氛下以1oCmin-1升溫速率升至450oC并保持4h，形成介孔硅和金屬氧化物的復合粉末材料。然后將此粉末材料在60℃熱的KOH（1mol/L）溶液中攪拌處理1h，重復兩次，經(jīng)洗滌干燥得到具有雙孔道三維結(jié)構(gòu)銅鈰催化劑。實施例3：將3.3gCe(NO3)3·6H2O、0.46gCu(NO3)2·3H2O和0.32gKNO3（其中Cu/(Cu+Ce)摩爾百分數(shù)為20%，(Cu+Ce)/K的摩爾比為3）溶解在15mL的乙醇溶液當中，攪拌20min使其完全溶解,最終所得溶液濃度約為0.5mol/L。然后將1g介孔硅KIT-6加入到混合液中，在水浴環(huán)境下經(jīng)60℃加熱攪拌直到溶液完全揮發(fā)形成干燥粉末，將此粉末在馬弗爐空氣氣氛下以1oCmin-1升溫速率升至500oC并保持5h，形成介孔硅和金屬氧化物的復合粉末材料。然后將此粉末材料在80℃熱的KOH（2mol/L）溶液中攪拌處理1h，重復兩次，經(jīng)洗滌干燥得到具有雙孔道三維結(jié)構(gòu)銅鈰催化劑。實施例4：將3.9gCe(NO3)3·6H2O、0.72gCu(NO3)2·3H2O和0.3g本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種具有雙孔道三維結(jié)構(gòu)的銅鈰催化劑的制備工藝，其特征在于包括以下步驟：（1）以介孔硅KIT?6作為硬模板；（2）將硝酸鈰、硝酸銅、硝酸鉀加入到乙醇溶液當中，攪拌并充分溶解，其中Cu/(Cu+Ce)摩爾百分數(shù)為10%?30%，(Cu+Ce)/K摩爾比為1?5，最終所得溶液濃度為0.4?0.7?mol/L的混合溶液，備用；（3）將步驟（1）中制備的介孔硅KIT?6加入到步驟（2）所制備的混合溶液中，在水浴環(huán)境下經(jīng)加熱攪拌直到溶液完全揮發(fā)形成干燥粉末；（4）將步驟（3）所得干燥粉末在空氣氣氛中經(jīng)高溫焙燒4?5h；（5）將步驟（4）中焙燒所得粉末在熱的KOH溶液中攪拌處理，然后經(jīng)洗滌干燥得到具有開放雙孔道三維結(jié)構(gòu)銅鈰催化劑。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種具有雙孔道三維結(jié)構(gòu)的銅鈰催化劑的制備工藝，其特征在于包括以下步驟：（1）以介孔硅KIT-6作為硬模板；（2）將硝酸鈰、硝酸銅、硝酸鉀加入到乙醇溶液當中，攪拌并充分溶解，其中Cu/(Cu+Ce)摩爾百分數(shù)為10%-30%，(Cu+Ce)/K摩爾比為1-5，最終所得溶液濃度為0.4-0.7mol/L的混合溶液，備用；（3）將步驟（1）中制備的介孔硅KIT-6加入到步驟（2）所制備的混合溶液中，在水浴環(huán)境下經(jīng)加熱攪拌直到溶液完全揮發(fā)形成干燥粉末；（4）將步驟（3）所得干燥粉末在空氣氣氛中經(jīng)高溫焙燒4-5h；（5）將步驟（4）中焙燒所得粉末在熱的KOH溶液中攪拌處理，然后經(jīng)洗滌干燥得到具有開放雙孔道三維結(jié)構(gòu)銅鈰催化劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙孔道三維結(jié)構(gòu)的銅鈰催化劑的制備工藝，其特征在于：所述的步驟（1）中采用水熱合成方法制備介孔...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳仁安，蘇云飛，戴玲鳳，吳靜，席光輝，王澤鋒，
申請(專利權(quán))人：溫州生物材料與工程研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江;33