技术领域
[0001] 本
发明涉及催化剂加工技术领域,具体涉及一种炭载氧化钯催化剂及其制备方法。
背景技术
[0002] 随着石油、
煤炭、
天然气等自然资源的开发和消耗,人类社会面临
能源短缺、生存环境恶化等严重问题。
汽车作为人类社会文明的象征,消耗了大量的石油,给人类带来了便利的同时,严重污染了环境。数十年来科研工作者一直在寻找清洁、可持续应用的能源,开发新能源汽车。
燃料电池是新能源汽车最为理想的动
力电源,然而由于
燃料电池正极所用关键材料——氧还原反应电催化剂的研究尚不能达到规模化推广的要求。具体来说目前开发的性能良好的氧还原反应催化剂均是钼基催化剂,即Pt及其
合金,由于Pt属于贵重稀缺金属、价格昂贵、资源不足,严重制约了燃料电池的应用与开发。目前,氧化钯的制备方法是将钯盐(如
硝酸钯)在
碱性环境下
水解,将其水解产物在高温下分解,形成氧化钯。此方法虽简单易操作,但其形貌不可控,尺度较大,且团聚严重影响了其使用效果。但单纯的氧化钯作为催化剂在实际应用上不易于回收,成本较高,易造成浪费,所以现阶段大部分采用载体于氧化钯结合的方式来制备催化剂,现市面上的载体氧化钯大多制备技术并不成熟,且活性钯与载体结合不够紧密,使用过程中易造成金属活性组分流失,影响反应效果,并且增加反应成本。
发明内容
[0003] 针对
现有技术不足,本发明提供一种炭载氧化钯催化剂及其制备方法,提高了氧化钯催化剂的
稳定性,且产品具有活性成分不易脱落、价格低廉、工艺简单、条件易于控制、便于规模化生产以及安全环保等优点。
[0004] 为实现以上目的,本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现:一种炭载氧化钯催化剂,所述炭载氧化钯催化剂包括金属活性成分和载体组成,所述金属活性成分包括氧化钯和钯
单体,所述载体为纳米
活性炭,且钯元素的重量百分比为1%-
20%。
[0005] 优选的,所述氧化和钯单体中+2价钯和+4价钯的
质量比为2-5∶1-3。
[0006] 所述炭载氧化钯催化剂的制备方法包括以下步骤:(1)将纳米活性炭加入硝酸进行活化改性处理一段时间后,将纳米活性炭进行高温干燥,后加入去离子水,于超声震荡仪中进行震荡均质,得均质液备用;
(2)将可溶性钯盐或氯钯
酸溶液加入到去离子水中,保温浸泡,再加入碱液对其进行PH值调节,搅拌均匀后,得到
胶体溶液备用;
(3)将上述步骤(1)中均质液中加入氯化钯,水浴加热搅拌至完全溶解,得混合浆料备用;
(4)将上述混合浆料与胶体溶液混合低速搅拌一段时间后,继续用碱液对PH进行调节,继续搅拌后得
混合液备用;
(5)将上述混合液在水浴下搅拌、过滤、去离子水洗涤、干燥、氮气气氛中
热处理后,在氮气保护下自然冷却到室温,得到炭载氧化钯催化剂。
[0007] 优选的,所述纳米活性炭硝酸进行活化改性处理的时间为6-8h,加入去离子水的量为纳米活性炭体积的30-35倍,且超声震荡均质的时间为20-30min。
[0008] 优选的,所述可溶性钯盐或氯钯酸溶液加入去离子水后保温浸泡的
温度为35-50℃,浸泡时间为10-20min,且调节PH的范围为6.0-7.5。
[0009] 优选的,所述均质液中加入氯化钯的水浴加热温度为30-40℃,搅拌时间为20-25min。
[0010] 优选的,所述混合浆料与胶体溶液低速搅拌的转速为120-160r/min,搅拌时间为40-60min,调节PH后搅拌时间为15-20min,且PH需调节为6.5-8.0。
[0011] 优选的,所述混合液水浴搅拌的温度为30-40℃,搅拌时间为10-15min。
[0012] 本发明提供一种炭载氧化钯催化剂及其制备方法,与现有技术相比优点在于:(1)本发明采用纳米活性
碳作为氧化钯载体,能有效提升产品做催化剂使用时对反应的催化效果,并且能有效提升反应的稳定性。
[0013] (2)本发明对纳米活性碳采用硝酸进行活化改性处理,后加入氯化钯混合,能使金属活性成分能直接沉积在活性炭表面,减少使用过程中金属活性成分的损耗,降低使用成本。
[0014] (3)本发明将可溶性钯盐或氯钯酸溶液加入到去离子水中形成胶液,再与改性纳米活性炭溶液混合,能克服传统Pt基贵金属催化剂以及金属态Pd纳米催化剂在含氧气的
阴极环境中易氧化、性能不够理想等缺点,同时避免进一步氧化,从而使催化稳定性得到提高。
[0015]
具体实施方式
[0016] 为使本发明
实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面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。
[0017] 实施例1:一种炭载氧化钯催化剂,所述炭载氧化钯催化剂包括金属活性成分和载体组成,所述金属活性成分包括氧化钯和钯单体,所述载体为纳米活性炭,且钯元素的重量百分比为1%;
所述氧化和钯单体中+2价钯和+4价钯的质量比为2∶1。
[0018] 所述炭载氧化钯催化剂的制备方法包括以下步骤:(1)将纳米活性炭加入硝酸进行活化改性处理一段时间后,将纳米活性炭进行高温干燥,后加入去离子水,于超声震荡仪中进行震荡均质,得均质液备用;
(2)将可溶性钯盐或氯钯酸溶液加入到去离子水中,保温浸泡,再加入碱液对其进行PH值调节,搅拌均匀后,得到胶体溶液备用;
(3)将上述步骤(1)中均质液中加入氯化钯,水浴加热搅拌至完全溶解,得混合浆料备用;
(4)将上述混合浆料与胶体溶液混合低速搅拌一段时间后,继续用碱液对PH进行调节,继续搅拌后得混合液备用;
(5)将上述混合液在水浴下搅拌、过滤、去离子水洗涤、干燥、氮气气氛中热处理后,在氮气保护下自然冷却到室温,得到炭载氧化钯催化剂。
[0019] 其中,所述纳米活性炭硝酸进行活化改性处理的时间为6-8h,加入去离子水的量为纳米活性炭体积的30倍,且超声震荡均质的时间为20min;所述可溶性钯盐或氯钯酸溶液加入去离子水后保温浸泡的温度为35℃,浸泡时间为10min,且调节PH的范围为6.0-7.5;所述均质液中加入氯化钯的水浴加热温度为30℃,搅拌时间为20min;所述混合浆料与胶体溶液低速搅拌的转速为120r/min,搅拌时间为40-60min,调节PH后搅拌时间为15min,且PH需调节为6.5;所述混合液水浴搅拌的温度为30℃,搅拌时间为10min。
[0020] 实施例2:一种炭载氧化钯催化剂,所述炭载氧化钯催化剂包括金属活性成分和载体组成,所述金属活性成分包括氧化钯和钯单体,所述载体为纳米活性炭,且钯元素的重量百分比为
20%;所述氧化和钯单体中+2价钯和+4价钯的质量比为5∶3。
[0021] 所述炭载氧化钯催化剂的制备方法包括以下步骤:(1)将纳米活性炭加入硝酸进行活化改性处理一段时间后,将纳米活性炭进行高温干燥,后加入去离子水,于超声震荡仪中进行震荡均质,得均质液备用;
(2)将可溶性钯盐或氯钯酸溶液加入到去离子水中,保温浸泡,再加入碱液对其进行PH值调节,搅拌均匀后,得到胶体溶液备用;
(3)将上述步骤(1)中均质液中加入氯化钯,水浴加热搅拌至完全溶解,得混合浆料备用;
(4)将上述混合浆料与胶体溶液混合低速搅拌一段时间后,继续用碱液对PH进行调节,继续搅拌后得混合液备用;
(5)将上述混合液在水浴下搅拌、过滤、去离子水洗涤、干燥、氮气气氛中热处理后,在氮气保护下自然冷却到室温,得到炭载氧化钯催化剂。
[0022] 其中,所述纳米活性炭硝酸进行活化改性处理的时间为6-8h,加入去离子水的量为纳米活性炭体积的35倍,且超声震荡均质的时间为 30min;所述可溶性钯盐或氯钯酸溶液加入去离子水后保温浸泡的温度为50℃,浸泡时间为20min,且调节PH的范围为6.0-7.5;所述均质液中加入氯化钯的水浴加热温度为40℃,搅拌时间为25min;所述混合浆料与胶体溶液低速搅拌的转速为160r/min,搅拌时间为40-60min,调节PH后搅拌时间为20min,且PH需调节为8.0;所述混合液水浴搅拌的温度为40℃,搅拌时间为15min。
[0023] 实施例3:一种炭载氧化钯催化剂,所述炭载氧化钯催化剂包括金属活性成分和载体组成,所述金属活性成分包括氧化钯和钯单体,所述载体为纳米活性炭,且钯元素的重量百分比为
10%;所述氧化和钯单体中+2价钯和+4价钯的质量比为3∶2。
[0024] 所述炭载氧化钯催化剂的制备方法包括以下步骤:(1)将纳米活性炭加入硝酸进行活化改性处理一段时间后,将纳米活性炭进行高温干燥,后加入去离子水,于超声震荡仪中进行震荡均质,得均质液备用;
(2)将可溶性钯盐或氯钯酸溶液加入到去离子水中,保温浸泡,再加入碱液对其进行PH值调节,搅拌均匀后,得到胶体溶液备用;
(3)将上述步骤(1)中均质液中加入氯化钯,水浴加热搅拌至完全溶解,得混合浆料备用;
(4)将上述混合浆料与胶体溶液混合低速搅拌一段时间后,继续用碱液对PH进行调节,继续搅拌后得混合液备用;
(5)将上述混合液在水浴下搅拌、过滤、去离子水洗涤、干燥、氮气气氛中热处理后,在氮气保护下自然冷却到室温,得到炭载氧化钯催化剂。
[0025] 其中,所述纳米活性炭硝酸进行活化改性处理的时间为6-8h,加入去离子水的量为纳米活性炭体积的33倍,且超声震荡均质的时间为25min;所述可溶性钯盐或氯钯酸溶液加入去离子水后保温浸泡的温度为45℃,浸泡时间为15min,且调节PH的范围为6.0-7.5;所述均质液中加入氯化钯的水浴加热温度为35℃,搅拌时间为23min;所述混合浆料与胶体溶液低速搅拌的转速为140r/min,搅拌时间为50min,调节PH后搅拌时间为18min,且PH需调节为7.5;所述混合液水浴搅拌的温度为35℃,搅拌时间为12min。
[0026] 需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0027] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。