本發明涉及一種甲烷燃燒的催化劑及其制備方法和應用，以可溶性鎂鹽和可溶性鋁鹽、可溶性鈷鹽、可溶性鎳鹽、可溶性稀土鹽、可溶性鋯鹽為原料，具有燒綠石和類水滑石的結構的復合氧化物，表面為多孔結構，孔徑5?8nm。以可溶性鎂鹽和可溶性鋁鹽為原料制備得到半成品A；可溶性鈷鹽、可溶性鎳鹽、可溶性稀土鹽、可溶性鋯鹽與半成品A得到混合物B，混合物B加熱陳化，冷卻，洗滌干燥，焙燒得到催化劑。解決了金屬離子滲透到浸泡顆粒的深層結構中，使催化劑具有高熱穩定性和高低溫活性。

技術領域

本發明屬于能源利用及環境保護技術領域，具體涉及一種甲烷燃燒的催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

天然氣作為一種燃料，其燃燒可產生熱能，同時其也是一種溫室氣體，所以應該減少其排放，其燃燒多采用火焰燃燒，火焰的燃燒溫度可高達2000℃。但是在此高溫下，空氣中的O₂和N₂容易反應生成嚴重污染環境的NO_x，同時甲烷不完全燃燒導致火焰燃燒能效低，并伴隨大量CO的排放污染大氣，甲烷溫室效應是CO₂的21倍。催化劑能夠實現低溫高效氧化天然氣就顯得尤為重要，催化燃燒通過降低天然氣燃燒反應活化能，可大幅降低天然氣燃燒所需的溫度，從而大幅降低甚至避免NO_x和CO的形成。

燒綠石族礦物，通式是?A₂B₂O₇，面心立方結構，A位主要是稀土元素或具有未共用電子對的元素，B位是具有各種氧化態的過渡金屬和后過渡金屬，燒綠石是一種開放式結構，其晶格空隙可以容納其他金屬離子，A位和B位在滿足離子半徑相似和電中性時，A位和B位可進行化學取代，導致晶體結構畸變，產生更多的氧空位和缺陷位點，這些特性使其在電導材料、催化劑、磁性材料等諸多領域得到廣泛的研究應用。

水滑石類化合物是一類陰離子型粘土，包括水滑石和類水滑石，層板主體一般由兩種金屬的氫氧化物構成。類水滑石化合物是一類層狀雙氫氧化物結構的無機功能材料，層間含有的陰離子和水分子，將帶正電荷的金屬氫氧化物層隔開。它很容易在200-400℃脫水、脫羥基等，而生成的混合氧化物用陰離子水溶液處理后又可以恢復層狀結構。從混合氧化物到水滑石的重結晶過程被研究者們稱為“記憶效應”，又稱重構效應。

專利?201210091447.5一種納米復合催化劑及其制備方法，記載了含有貴金屬的燒綠石或水滑石的催化劑。貴金屬催化劑具有高活性，可以有效降低天然氣燃燒溫度，但由于其價格昂貴，熱穩定性較差，限制了其應用。相對于貴的貴金屬，價格低廉的氧化物催化劑更受人關注，六鋁酸鹽和鈣鈦礦型氧化物是常見的非金屬復合氧化物天然氣燃燒催化劑，而熱穩定性好的燒綠石型氧化物在天然氣催化燃燒方面少有報道。

專利CN107282052提供了一種利用Ni、Zr摻雜燒綠石型催化劑用于甲烷催化燃燒的實驗工藝，其催化劑組成是La₂Ni_xZr_ySn_2-x-yO₇（X=Y=0.05、0.1、0.15、2、0.25）。催化劑是以La(NO)₃·6H₂O、SnCl₄、Zr(NO₃)₄·5H₂O、Ni(NO)₃固體以及去離子、無水乙醇為原料通過水熱反應、超臨界干燥方法制備。該催化劑在氧氣氣氛下通過程序升溫在高溫條件下催化甲烷燃燒反應，產生為水和二氧化碳，該催化劑具有高穩定性，甲烷高轉化率的特點。但該催化劑制備工藝繁雜，焙燒溫度高達1000℃。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種甲烷燃燒的催化劑及其制備方法和應用。提高甲烷燃燒催化劑的抗高溫性能和低溫活性，解決現有技術中甲烷燃燒催化劑存在的高溫易燒結問題。