高温场合用催化剂载体及采用该载体的催化剂和催化方法
甲烷蒸汽重整制备CO和H2，烃部分氧化制备合成气，排放控制(包括汽车排放控制)中烃的完全氧化，以及供气轮机、燃烧炉及锅炉等进一步利用的燃料的催化燃烧。在多数情形下，所用催化剂为非均相催化剂，其中的活性催化组分或材料负载于惰性的或耐高温的金属氧化物上。为优化其催化活性，这些非均相催化剂通常设计为使活性催化组分的暴露表面积较高。除增加催化剂的活性外，上述设计也提高了催化组分的利用率，这在催化组分包括十分昂贵的贵金属时，无疑具有显著的经济效益。对于含催化活性金属(包括贵金属)、负载于耐高温金属氧化物载体上的非均相催化剂而言，载体的表面积对获得催化组分的较高暴露表面积十分重要。非均相催化剂在高温反应下操作时，诸如金属或金属氧化物颗粒的催化组分易于结块，因此催化组分颗粒长大，暴露的催化剂表面积降低。而且，在高温环境下载体表面积的降低会使活性催化组分进一步结块。由于这将降低催化剂的活性以及催化剂的有效利用，故这种现象应极力避免。在这类高温应用场合，非均相负载催化剂的材料问题一般包括：(1)高温下载体和/或催化活性组分表面积的损失；(2)催化剂在蒸汽中的严重沉积；以及(3)载体-催化剂相互作用所致催化活性毒化。
用在耐高温氧化物载体材料中的HfO2或HfO2•ZrO2固体溶液系由多种原料通过沉淀或水解制得。若为沉淀(或于制备HfO2•ZrO2固体溶液时为共沉淀)，则适选沉淀剂一般为碱(如氢氧化铵)或是碱金属的氢氧化物，并且加入氧化物前体化合物(一种或多种，如HfOCl2或HfOCl2和ZrOCl2的完全混合物)中。作为优选，沉淀剂选取应保证使不期然的或不必要的化合物或沉淀产物在后述的锻烧中挥发并分解。故此，优选沉淀剂为铵化合物，如氢氧化铵和碳酸铵。沉淀可在稀释的或提浓的水溶液中进行。另外，沉淀剂的加入速率及加入时的搅拌程度取决于沉淀物的预定性能。较稀的沉淀溶液，低加入速率及充分的搅拌为优选方式，原因是由于这可促生较粗大但微晶粒的尺寸处于预定范围的沉淀物。沉淀剂加入时的温度可介于约15～90℃。较高的温度一般伴生较粗大的沉淀物。沉淀剂加入量一般为化学计量过量，也即，直至pH达于约9～11间。沉淀后，沉淀物(或对HfO2和ZrO2固体溶液则为共沉淀混合物)自浆液经过滤、离心分离等回收，随后锻烧，必要时先行冲洗。若以水解方式得到用在本发明耐高温氧化物载体材料中的HfO2或HfO2•ZrO2固体溶液，水解一般在水热条件下进行，其时，一种或多种氧化物前体的水溶液加热至约100～250℃间，相应的压力约1～40atm。水解后，含固体氧化物颗粒的浆液料经常规的液/固分离(如过滤或离心分离)回收其中的固体产物，再锻烧，必要时先行冲洗。为得到尺寸处于预定范围、适用耐高温氧化物载体材料的HfO2或HfO2-ZrO2微晶粒，回收的沉淀或水解固体产物于空气中锻烧，温度约400～1000℃，时间约5～15h。预定锻烧温度与最终使用温度及所需的稳定程度有关。作为优选，在空气中，锻烧温度约1000℃，持续时间约10h。锻烧产物可直接用于本发明耐高温氧化物载体材料，或作为优选，在使用前先加入适量二氧化硅进行稳定处理。