Au／Fe2O3催化剂在CO低温氧化中的催
化活性
朝露昙花第卷第5期
l999年10月
燃料化学学报
JOURNALOFFLrELCHEMY ANDrEC}INOLOGY
Vd.2705
Oct】999
.
催化剂在C0低温氧化中的催化活性_
A~/Fe0
挂牌仪式1rr./I/～
安立敦”贺红军尚—
明善,;6
.
:：铀?研:..譬靴繇胎一)l德z摘要制备了过渡金属氧化物分散的金催化剂，考察了该催化剂在CO低温氧化中的催化活性
及其制备条件，如过渡金属氧化物的选择，沉淀剂，催化剂的预处理温度及处理时间，金含量,C1一,
催化剂制备方法及催化剂前体等因素对催化活性的影响.虽佳结果显示：以c氓为沉淀剂，采用共沉淀法制备的I%Au/F~催化剂，可使空气中台1%的CO在257K的低温下完全转化成词金催化剂一氧化碳氧化l1名专扃t=}{b\关键词垒堡垡型!二，基坐丑b,r,/’u”\’
在封闭内循环式c激光器,CO气体传感器，室内空气的净化以及防CO中毒的面罩中,
均要求将cO在室温乃至更低温度下完全氧化为c.目前研究较多的催化剂一类是由40% CuO一60%Mn02组成的How.Mite催化剂；另一类是担载的贵金属Pf,Pd催化剂，如7%Pt 一
41%SnO~/Si02，担载PdCI2一CuCIz等.它们均可使∞在较低的温度下完全氧化成co2，但前一
类催化剂只能在干燥的条件下使用，后一类催化剂的成本又较高.最近，日本大阪国家工
业技术研究院的Haruta教授研究以金为主要活性组分的催化剂，发现分散在过渡金属氧化物
上的金催化剂如Au,Au/Co~q,Au/a—Fezq等不仅可使空气中1%的c0在3o3K完全氧
化成co2，而且在NO的催化消除，水一汽迁移,co2加氢制甲醇，烃类的催化燃烧，氯氟烃的
催化分解及不饱和烃的选择加氢等许多反应中也显示出非常优异的催化活性”j这一研究成果突破了金被认为是化学惰性的传统观念，引起人们的极大兴趣.目前，有关金催化剂的制备及其应用的研究仅局限于日本，美国，俄罗斯等少数国家，国内从九十年代初开始金催
化剂的研究工作”.本文主要报道负载金催化剂在co低温氧化方面的催化活性.
1实验部分
1.1催化剂制备负载金催化剂的制备是以氯金酸(HAuCI.,-4If2O)和过渡金属的硝酸盐为原料,co]为沉淀剂，采用共沉淀法制备”.即将一定量的氯金酸溶液和硝酸盐溶液混合
后，在搅拌下滴加co]溶液，调节溶液的pH值在8～lO之间，使金和过渡金属一起沉淀，静
置至少24h后用去离子水洗涤至无Cl一离子，最后置393K下干燥过夜，研细后备用.
为制备每分散的金催化剂，还按文献的方法!合成了有机金的配合物如Au(h)n,
Au(PPh)C1,Au(P升b)CH3(其中Ph=苯基)等，并以它们及氯金酸为前体，以苯或水为溶剂，采用常规浸渍法制备了7一Ako]，活性炭及Fe2o]负载的金催化剂，最后在523K下，真空干燥. 所用试剂均为分析纯或化学纯，金含量一般为1w%.催化剂预处理在氧气氛下进行.
1.2催化剂活性评价催化剂的活性评价在固定床连续流动微型反应装置上完成反应条
收稿13期:1998—12—14
¨通讯联系人E—mail:***********.
452燃料化学学报27卷
件为：原料气组成为含1%CO的空气，常压，催化剂用量0.2g，粒度0.25—0.5ram，气体流量25 ～
30ml/min.反应时的温度由高到低持续变化，室温以上采用热水浴，低于室温时采用冰一盐
浴冷却，反应温度以经过校正的酒精温度计来测定.由于该反应是一放热反应，反应过程中温度会略有升高，通过不断添加冰和盐基本上可维持温度恒定不变.每一温度下至少反应
0.5h，每隔lOmin取样分析一次.实验结果有良好的重现性.温度测定在±1K之间.采用上
海分析仪器厂生产的GC1102气相色谱仪在线分析,N,CO,c等气体，六通阀进样，热导(D)检测，碳分子筛为色谱填充柱.色谱数据处理在上海计算机技术研究所研制的CDMC一1EX色谱数据处理机上进行.
在本文中，除以c0转化率表示该反应的活性外，还以c0的最低全转化温度(即CO
转化率为100%时的反应温度)来表示..越低，表明c0越容易转化，催化活性越高.
2实验结果
2.1过渡金属氧化物的影响首先以MnO,F03,c04,NiO四种过渡金属氧化物及co4
一
Fq,NiO—Fea0，两种复合氧化物为原料，将金按特定的制备方法分散在氧化物上，得到的
金催化剂用于室温下的CO催化氧化，其催化活性列于表1中.
表中结果显示:Au/Fea03,Au/NiO及Au/NiO—Fb03催化剂对C0氧化在室温下即具有良
好的催化活性,C0的转化率达100%，而Au/MnO,Au/Co304及Au/C%04一F03催化剂的催化
活性较低.事实上,Au/Fea03在203K下对CO氧化即有明显的催化活性.有意思的是.单独的金或过渡金属氧化物包括F03,NiO,NiO—F03等对c0氧化几乎没有活性，说明在c0氧化反应中金与过渡金属氧化物之间存在较强的协同作用
此外,Au/Fea0，等催化剂也表现出良好的稳定性.新鲜制备的催化剂在空气中放置半年
以上仍保持很高的催化活性；即使已评价过的催化剂其催化活性亦未见有明显的变化.
2.2沉淀剂对催化活性的影响为考察沉淀剂对Au/Fea03催化活性的影响，分别以Na,co,
c03,NH3?O等为沉淀剂制备了Au/Fea03催化剂.经过活化处理后，考察在c0催化氧化
中的反应活性，结果列于表2中.
衰【室温下1%AIl/q催化剂对co
氧化的催化活性
Table1Oxidationacti~4tyofCOover1%
hu/nat㈣temperature
M.qCOCom..,%
MnO
C04
NjO
C04一
NiO一
30
l00
50
l00
80
l00
衰2沉淀剂对1%Au/催化活性的影响’
Table2Intluenoa0fprecipitant0nthec日Ial
activity0f1%Au/V~
pretteatmentconditi(ms:523K,lh
沉淀剂对催化活性的影响是明显的.用N?0作沉淀剂，仅为269K，明显高于
Ijc,c或Na2CO3沉淀剂的.m，可能与u,K,Na离子对该反应的促进作用有关.
2.3预处理温度及处理时间对催化活性的影响在实验中，还发现催化剂的预处理条件如温
5期索掌怀等：催化剂在c0低温氧化中的催牝括性453
度，时间等对催化活性亦有显着的影响(表3).结果表明：催化剂的预处理温度应维持在一定的范围内(523—573K)，温度太高或太低均使其催化活性降低；而在同一温度下，处理时间越衰3预处理温度爰处理时间对I%灿/
催化活性的彩响
Table3Influencesofp~treatmenttempenaiaa’e
andtimeoncatalyticvv
长,r越低，表明催化剂的催化活性越好.最
佳结果显示：催化剂在523K处理2～5h,CO的
可达257K.
衰4金负载■对I%All，催化活性
的影响
Table4Irdueneeofdloadingon
estalc曲
/K
05
0.8四六级网站
1.0
2.0
303
273
261
255
l:a’etrealmentoⅡndims:523K.1h
实习体会与收获
2.4金负载量的影响本文还考察了金含量对催化活性的影响.正如表4所显示的那样,
.随金负载量的增加而降低，亦即催化活性随金负载量的增加而增加.这可能与担载量增
加后，金活性中心数目的增加有关.
2.5氯离子0’的影响为考察表面氯离子对其催化活性的影响，我们还进行了对比研究,
即对制备的金催化剂(用一定浓度的AgNO~水溶液检验不含cr离子)再用0.Itool?dm.NaC1 水溶液洗涤一次，其它处理条件则保持不变.结果显示：经Naa溶液洗涤后的Au/F~o1催化剂在室温乃至373K下对CO氧化反应没有观察到反应活性，表明a’离子可使该催化剂中毒而失去活性.
射手女和什么星座最配2.6催化剂制备方法及催化剂前体的影响催化剂的制备方法(浸渍法或共沉淀法)对催化
恬性有显着的影响.由浸渍法制备的金催化剂，无论是以氯金酸为前体还是以有机金配合物为前体均表现出很低的催化活性，对空气中1%的CO即使在373K也难以完全氧化为c，这与Haruta等人的结果是一致的，但其原因尚不清楚
催化剂前体对催化活性也有一定的影响.实验结果表明：以有机金配合物为前体，采
用浸渍法制备的金催化剂其催化活性要高于以氯金酸为前体由浸渍法制备的金催化剂，即: Au(PPtb)NO3～An(PPlh)CH>Au(P3)a》氯金酸.
通常认为，金是没有催化活性的，但是一旦分散在特定的载体上形成超微粒子，则具有惊
人的催化活性.金催化剂的催化话性主要取决于金粒子的大小，而金粒大小的形成又决定
于金属氧化物载体的选择以及所采用的制备方法及其程序等.金催化剂的一个突出特点是不
怕潮’”J，可在水蒸气存在下将cO氧化为c而仍能保持很高的催化活性，因此具有非常
广阔的应用前景.
3结论
(1)负载金催化剂在CO氧化反应中具有良好的催化活性.1%AuJFe~催化剂可将空
气中1%的CO在257K的低温下完全氧化成C0,.
454燃料化学学报27卷
龙和兔合不合(2)催化剂的制备方法及条件如过渡金属氧化物及沉淀剂的选择，金的负载量，催化剂的
预处理温度及处理时间，催化剂前体的选择，所采用的制备方法以及表面cl离子等对催化活性均有显着的影响.
致谢感谢山东省教委科研基金及烟台大学博士科研启动基金对本课题的支持.此外，烟台大学化学
院应用化学系94级毕业生汪君霞同学也参加了部分工作，在此深表感谢.
移动服务密码
参考文献
1}armutoR】,BartholomewCH.Fin’,damentalsnfIndustrialCatalyticProcess,London,BlackieAca demica nd~’ofes—
siona1.1997654
2春田正毅触媒,1996.38(3):196
3Hanna~1Catal斯伽,1997,1:61
4Bamwen&LGR.TsuboD,Tabakm-aT,ldakievV etal却fCata/A:General,1998,169:9
l0Y uanY,KozlovaAP,~sakttraKeta1.,,I997,170:I91
1】HaoZP.AnLD.WangHL.ChinChemLett.1995—4:345
l2郝邦平.安立敦，王弘立.分子催化.]998.12(1):63
【3张文样.陶玉国，贾明君等第九届全国催化学术会议论文集.北京：海潮出版社,1998年l0月
14GregoryBJ.htg/) ABSTRACTPreparationofgoldcatalystsdisperdonmetaloxidesisreported.Thecat- alcactivib-forCOlow—temperatureoxidationoversupportedgoldcatalystivaluatedby continHousflowmlcmreactor.Theinfluenceofpreparationconditionsoncatalyticactivityis alsostudied.Thebestresultindicatesthat1%(vo1.)COinairisoxidizedtoco,with
100%convergiorlat257Kover1%Au/F~qcatalystpreparedbycoprecipitationwith
K2Caqueoussolutionasprecipitant.
KEYWORDSsupportedgoldcatalyst,CO,low—temperatureoxidation
第一作者：索掌怀，男,37岁，博士，副教授
>高考英语满分作文
