四氧化三鈷負載釕催化劑、四氧化三鈷負載釕催化劑的製備方法及其應用與流程
2023-10-06 09:03:14
本發明涉及一種催化劑、製備方法及其應用。
背景技術：
：n2o是繼co2、ch4之後的第三大溫室效應氣體，在大氣中穩定存在。n2o會破壞臭氧層，導致全球變暖。增溫潛勢是co2的310倍。n2o汙染氣體主要來自硝酸和己二酸工業廢氣、化石燃燒等排放。隨著工業的發展，其排放量日益增多。因此，探索合成有效消除n2o氣體的催化劑具有至關重要的現實意義。在貴金屬催化n2o分解中，ru是活性較高的金屬。但是，在有h2o、o2等氣體條件下，ru基催化劑的活性會受到抑制。因此，在h2o和o2存在下，提高ru催化n2o分解的活性和穩定性是十分必要的。目前，co3o4是催化n2o分解的高效金屬氧化物。但該催化劑在n2o分解過程中，長時間使用活性會降低，即催化劑的穩定性較差；並且容易受o2、no、so2、h2o等氣體影響而失活。因此，製備高活性、穩定性、抗水性的co3o4基催化劑也具有很重要的現實意義。技術實現要素：本發明的目的是為了解決現有的co3o4催化劑穩定性差、容易失活的技術問題，提供了一種四氧化三鈷負載釕催化劑、四氧化三鈷負載釕催化劑的製備方法及其應用四氧化三鈷負載釕催化劑由ru和co3o4組成，x為ru佔四氧化三鈷負載釕催化劑的質量含量。四氧化三鈷負載釕催化劑的製備方法按照以下步驟進行：一、將2ml-6ml濃度為5mmol/l的rucl3溶液、3.62gco(no3)3·6h2o及50-150ml去離子水加入燒杯中，室溫攪拌，得混合液；二、將3.82gna2co3·10h2o固體溶解在30-60ml去離子水中，室溫攪拌20-40分鐘，得到na2co3溶液；三、將na2co3溶液滴加到步驟一所得的混合液中，調節ph值為9.0-10，滴加結束後室溫攪拌30-60分鐘，過濾，用去離子水洗滌，將固體產物在80-110℃乾燥8-15小時，在空氣氛圍下500℃煅燒3-6小時，得到四氧化三鈷負載釕催化劑(rux-co3o4催化劑)，其中x為ru佔rux-co3o4催化劑的質量分數。四氧化三鈷負載釕催化劑用於分解n2o。本發明製備的rux-co3o4催化劑，通過ru與co3o4之間的相互作用從而達到提高催化劑的催化活性、穩定性、抗水性。ru與co3o4之間的相互作用提高了催化劑結構穩定性、可被還原能力、脫附氧能力、表面co2+、ru3+和表面氧含量，這些性質的改變，均有利於rux-co3o4催化劑活性的提高。其中，ru0.2-co3o4催化劑表面具有最高的co2+、ru3+和表面氧含量。附圖說明圖1是實驗一中各催化劑催化分解n2o活性譜圖；圖2是實驗一中ru0.2-co3o4催化劑和co3o4催化劑在400℃時催化n2o分解穩定性測試圖，圖中a表示ru0.2-co3o4，b表示co3o4；圖3是實驗一中ru0.2-co3o4催化劑和co3o4催化劑在400℃時催化n2o分解抗o2測試圖，圖中a和b表示ru0.2-co3o4，c和d表示co3o4；圖4是實驗一中ru0.2-co3o4催化劑和co3o4催化劑在400℃時催化n2o分解抗水性測試，圖中a表示ru0.2-co3o4，b表示co3o4；圖5是實驗一中co3o4、ru0.1-co3o4、ru0.2-co3o4、ru0.3-co3o4的xrd譜圖，圖中a表示co3o4，b表示ru0.1-co3o4，c表示ru0.2-co3o4，d表示ru0.3-co3o4；圖6表示co3o4催化劑的tem照片；圖7表示co3o4催化劑的tem照片；圖8表示圖7中a處的局部放大圖；圖9表示co3o4粒子尺寸分布圖；圖10表示ru0.2-co3o4催化劑的tem照片；圖11表示ru0.2-co3o4催化劑的tem照片；圖12表示圖11中b處的局部放大圖；圖13表示圖11中c處的局部放大圖；圖14表示ru0.2-co3o4催化劑粒子尺寸分布圖。具體實施方式本發明技術方案不局限於以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。具體實施方式一：四氧化三鈷負載釕催化劑由ru和co3o4組成，x為ru佔rux-co3o4催化劑的質量含量。具體實施方式二：具體實施方式一所述四氧化三鈷負載釕催化劑的製備方法按照以下步驟進行：一、將2ml-6ml濃度為5mmol/l的rucl3溶液、3.62gco(no3)3·6h2o及50-150ml去離子水加入燒杯中，室溫攪拌，得混合液；二、將3.82gna2co3·10h2o固體溶解在30-60ml去離子水中，室溫攪拌20-40分鐘，得到na2co3溶液；三、將na2co3溶液滴加到步驟一所得的混合液中，調節ph值為9.0-10，滴加結束後室溫攪拌30-60分鐘，過濾，用去離子水洗滌，將固體產物在80-110℃乾燥8-15小時，在空氣氛圍下500℃煅燒3-6小時，得到rux-co3o4催化劑，其中x為ru佔rux-co3o4催化劑的質量分數。具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式二不同的是步驟一中將3ml濃度為5mmol/l的rucl3溶液、3.62gco(no3)3·6h2o及60ml去離子水加入燒杯中。其它與具體實施方式二相同。具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一或二之一不同的是步驟一中將4ml濃度為5mmol/l的rucl3溶液、3.62gco(no3)3·6h2o及100ml去離子水加入燒杯中。其它與具體實施方式一或二之一相同。具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式二至三之一不同的是步驟三中滴加結束後室溫攪拌40分鐘。其它與具體實施方式二至三之一相同。具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式二至四之一不同的是步驟三中調節ph值9.5。其它與具體實施方式二至四之一相同。具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式二至五之一不同的是步驟三中將固體產物在90℃乾燥9-13小時。其它與具體實施方式二至五之一相同。具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式二至六之一不同的是步驟三中將固體產物在100℃乾燥12小時。其它與具體實施方式二至六之一相同。具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式二至八之一不同的是步驟四中所述x為0.1％。其它與具體實施方式二至八之一相同。具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式二至八之一不同的是步驟四中所述x為0.2％。其它與具體實施方式二至八之一相同。具體實施方式十一：本實施方式與具體實施方式二至二至八之一不同的是步驟四中所述x為0.3％。其它與具體實施方式二至二至十之一相同。具體實施方式十二：具體實施方式一和二所述的rux-co3o4催化劑用於分解n2o。採用rux-co3o4催化劑分解n2o的方法如下：在溫度為250-425℃、n2o氣體流速為25ml/min的條件下採用rux-co3o4催化劑分解n2o。採用下述實驗驗證本發明效果:實驗一：將催化劑co3o4、ru0.1-co3o4、ru0.2-co3o4、ru0.3-co3o4進行如下實驗：催化劑活性測試方法：n2o催化分解反應發生在固定床流動反應器中進行。催化劑(co3o4、ru0.1-co3o4、ru0.2-co3o4、ru0.3-co3o4)研磨、壓片、造粒為40-60目。氣體流速為25ml/min，n2o與he混合氣中n2o含量為5000ppm(檢驗催化劑穩定性及抗水實驗中，總氣體流速為200ml/min，其中n2o為500ppm)。氣體通過北京北分瑞麗有限公司的3420a氣相色譜檢測。所有測試點為達到測試溫度穩定30分鐘後採集。各催化劑催化分解n2o活性數據如表1，催化劑催化分解n2o活性譜圖如圖1。各催化劑催化分解n2o活性數據(n2o的轉化率)如表1：表1溫度(℃)co3o4(％)ru0.1-co3o4(％)ru0.2-co3o4(％)ru0.3-co3o4(％)2003332250913261130012275025350415776533756876887640086899687425949610094由圖1和表1可知與co3o4相比，rux-co3o4分解n2o活性均有所提高。其中，ru0.2-co3o4活性最好。穩定性測試中，co3o4催化劑穩定性差，使用30h發生失活現象。而ru0.2-co3o4保持高度穩定性。抗o2測試中，co3o4催化劑催化性能受o2影響較大，而ru0.2-co3o4保持較高抗o2性能。抗h2o測試中，co3o4催化劑催化性能受h2o影響較大，而ru0.2-co3o4具有較高的抗h2o性能。由圖5可知，rux-co3o4和co3o4均顯示為co3o4尖晶石結構。rux-co3o4催化劑xrd譜圖中，沒有觀察到ru物種的衍射峰。由ru0.2-co3o4催化劑tem照片中，沒有觀察到ru顆粒。說明ru粒子尺寸較小，並高度分散在催化劑中。在ru0.2-co3o4催化劑tem中，還觀察到co3o4的晶格條紋，通過測量，確定為co3o4的(311)，(220)，(111)晶面。通過測量晶粒大小，發現ru的摻入降低了催化劑的顆粒大小。rux-co3o4催化劑高活性原因：ru與co3o4之間的相互作用提高了催化劑結構穩定性、可被還原能力、脫附氧能力、表面co2+、ru3+和表面吸附氧含量，這些性質的改變，均有利於rux-co3o4催化劑活性的提高。其中，ru0.2-co3o4催化劑表面具有最高的co2+、ru3+和表面吸附氧含量，如表2。表2x射線光電子能譜測定的表面各物種的比例催化劑ru3+/ru4+co2+/co3+吸附氧o/總oco3o4—1.000.38ru0.1-co3o41.861.450.44ru0.2-co3o42.571.590.50ru0.3-co3o41.441.450.44當前第1頁12