一種用于治理工業固定源有機廢氣催化劑及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于治理工業固定源有機廢氣催化劑及其制備方法，屬于大氣污染治理技術領域。該方法主要采用Pt/Ag/Cu/Fe/Rh/Pd/Co/Ni/Mn/Ce一種或多種氧化物為活性組分，以蜂窩陶瓷、ZSM?5或SBA?15作為載體，制得有機廢氣催化劑，該催化劑性能佳，可在255℃實現對甲苯高達99％的去除效率；在310℃實現對乙烯99％的去除效率。與同類催化劑先比，對甲苯99％去除效率溫度降低約30℃，對乙烯去除溫度降低了約60℃；而且該催化劑制備工藝簡單，原材料來源廣泛，價格低廉，適合工業化生產應用。
【專利說明】
一種用于治理工業固定源有機廢氣催化劑及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于治理工業固定源有機廢氣催化劑及其制備方法，屬于大氣污染治理技術領域。
【背景技術】
[0002]工業固定源有機廢氣所涉及的行業眾多，污染物種類繁多，組成復雜。經常碰到的化合物種類有烴類、酮類、酯類、醇類、酚類、醛類、胺類、腈(氰)類等有機化合物，其中大多有毒性，嚴重危害人體健康;輕則刺激眼睛和呼吸系統，重則中毒;有些可致癌、致畸、致突變。有些如甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氯乙烯、多環芳烴等這些人們熟知的有機化合物對人體健康極其有害。此外有些如氯氟烴和氫氯氟烴對臭氧層有破壞作用，已受到世界的關注，而禁止使用。因此解決控制其排放一直是科研工作者們關注的熱點。
[0003]目前治理工業固定源有機廢氣的末端控制技術主要分為兩大類:即回收技術和銷毀技術。回收技術是通過物理的方法，改變溫度、壓力或采用選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來富集分離有機污染物的方法。銷毀技術是通過化學或生化反應，用熱、光、催化劑或微生物等將有機化合物轉變成為二氧化碳和水等無毒害小分子化合物的方法。催化燃燒法因具有操作成本較低、脫除污染物范圍廣、效果徹底等優點而得到廣泛使用。
[0004]催化燃燒法多采用鈀、鉑、銠等貴金屬作為催化劑，然而這類催化劑價格昂貴，反應所需溫度也較高，中小企業難以承受其昂貴的投資和運營費用;而且催化劑易中毒，阻礙了該技術的大面積推廣使用。
【發明內容】
[0005]為了降低催化劑的生產成本和反應溫度，提升催化劑的抗中毒性能，本發明提供一種治理工業固定源有機廢氣催化劑及其制備方法，制備方法包括浸漬法、混合法、離子交換法和固相研磨法等。
[0006]本發明的技術方案為:
[0007]一種用于治理工業固定源有機廢氣的催化劑，以蜂窩陶瓷、ZSM-5或SBA-15作為第一載體，在其孔道內表面涂覆一層γ-Al2O3涂層作為第二載體，并以Pt、Ag、Cu、Fe、Rh、Pd、Co、N1、Mn、Ce的氧化物中的一種或兩種以上作為活性組分;第二載體占第一載體質量的I?14% ；活性組分含量占第一載體質量的I?4.4%。
[0008]進一步地，所述的Y-Al2O3涂層由γ-Α1203型活性氧化鋁配制成鋁溶膠后在蜂窩陶瓷載體上涂覆而成。
[0009]進一步地，所述的活性組分的總負載量為10?30g/L。
[0010]上述的用于治理工業固定源有機廢氣的催化劑，包括如下步驟:
[0011 ] (I)第一載體預處理;將蜂窩陶瓷、ZSM-5或SBA-15浸漬于硝酸或蒸餾水中10-150分鐘，電動攪拌10-150分鐘;然后80-200°(:干燥1-8小時；
[0012](2) γ -Al2O3溶膠配制；將γ -Al2O3型活性氧化鋁與蒸餾水混合攪拌至完全分散，電動攪拌10-150分鐘；γ-Α1203型活性氧化鋁占分散液質量的1.5-20% ;
[0013](3)浸漬液配制；將?148、01小6、詘、？(1、(:0、祖、111丄6的一種或兩種以上的硝酸鹽配制成溶液；
[0014](4) Y-Al2O3涂覆;將步驟(I)所得第一載體浸漬在步驟(2)所得Y-Al2O3溶膠中
0.5-6小時后取出，γ-Al2O3溶膠與第一載體的體積比為0.1?0.6，200-700°C焙燒5-15小時；
[0015](5)活性氧化物負載，將步驟(4)所得涂覆Y-Al2O3的第一載體浸漬在步驟(3)所得浸漬液中10-180分鐘后取出，100-700°C焙燒1-15小時，得到最終產品，即用于治理工業固定源有機廢氣的催化劑。
[0016]進一步地，電動攪拌的轉速為10-200轉/分鐘。
[0017]在研究和探索過程中，發明人驚喜地發現，由于γ-Al2O3涂層和活性金屬的不同配比，所得的催化劑在最終的性能上產生顯著的差異，同時也產生了不同的適應性，即合適的配比才能有效地分解甲苯、乙烯等有機廢氣。
[0018]本發明的有益效果在于:
[0019](I)本發明所得催化劑性能佳，可在255 °C實現對甲苯99 %的去除效率;在310 °C實現對乙烯99%的去除效率。與同類催化劑先比，對甲苯99%去除效率溫度降低約30°C，對乙烯去除溫度降低了約60°C;
[0020](2)本發明生產過程工藝簡單，方便工業化生產；
[0021](3)本發明原材料來源廣，價格低，極大地降低了催化劑的生產成本。
【附圖說明】
[0022]圖1為涂覆γ-Α1203蜂窩陶瓷孔徑分布圖。
[0023]圖2為實施例5測試結果圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細說明，但本發明并不限于此。
[0025]實施例1
[0026](I)蜂窩陶瓷預處理:將蜂窩陶瓷浸漬在蒸餾水中I小時，電動攪拌30分鐘，轉速為30轉/分鐘;之后置于溫度為150°C的烘箱干燥2小時。
[0027](2) γ -Al2O3溶膠配制:將市售的20g γ -Al2O3型活性氧化鋁加入150ml蒸餾水中，恒溫60°C攪拌至完全分散，電動攪拌30分鐘，轉速為60轉/分鐘。
[0028](3)浸漬液配制:將硝酸銅、硝酸鈰和蒸餾水按質量比1:2:5混合攪拌至完全溶解。
[0029](4) γ-Α1203涂覆;將步驟(I)中的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(2)中的Y-Al2O3溶膠中I小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0030](5)活性組分負載:將步驟(4)的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(3)的浸漬液中2小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0031]催化劑性能說明:將上述催化劑置于反應器中，通入10ppm甲苯時，在溫度為300°(:時，去除效果達94%，空速為lOOOOhr—S通入10ppm乙烯時，在300°C時去除效率為15%，空速為5000hr 一、
[0032]實施例2
[0033](I)蜂窩陶瓷預處理:將蜂窩陶瓷浸漬在蒸餾水中I小時，電動攪拌30分鐘，轉速為30轉/分鐘;之后置于溫度為150°C的烘箱干燥2小時。
[0034](2) γ -Al2O3溶膠配制:將市售的20g γ -Al2O3型活性氧化鋁加入150ml蒸餾水中，恒溫60°C攪拌至完全分散，電動攪拌30分鐘，轉速為60轉/分鐘。
[0035](3)浸漬液配制:將硝酸銅、硝酸鈷和硝酸鈰和蒸餾水按質量比2:1:4:10混合攪拌至完全溶解。
[0036](4) γ-Α1203涂覆;將步驟(I)中的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(2)中的Y-Al2O3溶膠中I小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0037](5)活性組分負載:將步驟(4)的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(3)的浸漬液中2小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0038]催化劑性能說明:將上述催化劑置于反應器中，通入10ppm甲苯時，在溫度為290°(:時，去除效果達99%，空速為lOOOOhr—S通入10ppm乙烯時，在300°C時去除效率為46%，空速為5000hr 一、
[0039]實施例3
[0040](I)蜂窩陶瓷預處理:將蜂窩陶瓷浸漬在蒸餾水中I小時，電動攪拌30分鐘，轉速為30轉/分鐘;之后置于溫度為150°C的烘箱干燥2小時。
[0041 ] (2) γ -Al2O3溶膠配制:將市售的20g γ -Al2O3型活性氧化鋁加入150ml蒸餾水中，恒溫60°C攪拌至完全分散，電動攪拌30分鐘，轉速為60轉/分鐘。
[0042](3)浸漬液配制:將硝酸銅、硝酸鎳、硝酸鈰和蒸餾水按質量比2:1:4:10混合攪拌至完全溶解。
[0043](4) γ-Α1203涂覆;將步驟(I)中的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(2)中的Y-Al2O3溶膠中I小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0044](5)活性組分負載:將步驟(4)的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(3)的浸漬液中2小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0045]催化劑性能說明:將上述催化劑置于反應器中，通入10ppm甲苯時，在溫度為280°(:時，去除效果達99%，空速為lOOOOhr—S通入10ppm乙烯時，在300°C時去除效率為69%，空速為5000hr 一、
[0046]實施例4:
[0047](I)蜂窩陶瓷預處理:將蜂窩陶瓷浸漬在蒸餾水中I小時，電動攪拌30分鐘，轉速為30轉/分鐘;之后置于溫度為150°C的烘箱干燥2小時。
[0048](2) γ -Al2O3溶膠配制:將市售的20g γ -Al2O3型活性氧化鋁加入150ml蒸餾水中，恒溫60°C攪拌至完全分散，電動攪拌30分鐘，轉速為60轉/分鐘。
[0049](3)浸漬液配制:將硝酸銅、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸鈰和蒸餾水按質量比2:1:1:4:10混合攪拌至完全溶解。
[0050](4) γ-Α1203涂覆;將步驟(I)中的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(2)中的Y-Al2O3溶膠中I小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0051](5)活性組分負載:將步驟(4)的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(3)的浸漬液中2小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0052]催化劑性能說明:將上述催化劑置于反應器中，通入10ppm甲苯時，在溫度為270°(:時，去除效果達99%，空速為lOOOOhr—S通入10ppm乙烯時，在300°C時去除效率為93%，空速為5000hr 一、
[0053]實施例5:
[0054](I)蜂窩陶瓷預處理:將蜂窩陶瓷浸漬在蒸餾水中I小時，電動攪拌30分鐘，轉速為30轉/分鐘;之后置于溫度為150°C的烘箱干燥2小時。
[0055](2) γ -Al2O3溶膠配制:將市售的20g γ -Al2O3型活性氧化鋁加入150ml蒸餾水中，恒溫60°C攪拌至完全分散，電動攪拌30分鐘，轉速為60轉/分鐘。
[0056](3)浸漬液配制:將硝酸銀、硝酸銅、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸鈰和蒸餾水按質量比1:2:1:1:4:10混合攪拌至完全溶解。
[0057](4) γ-Α1203涂覆;將步驟(I)中的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(2)中的Y-Al2O3溶膠中I小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0058](5)活性組分負載:將步驟(4)的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(3)的浸漬液中2小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0059]催化劑性能說明:將上述催化劑置于反應器中，通入10ppm甲苯時，在溫度為255°(:時，去除效果達99%，空速為lOOOOhr—S通入10ppm乙烯時，在310°C時去除效率為99%，空速為5000hr 一、
【主權項】
1.一種用于治理工業固定源有機廢氣的催化劑，其特征在于，以蜂窩陶瓷、ZSM-5或SBA-15作為第一載體，在其孔道內表面涂覆一層γ -Al2O3涂層作為第二載體，并以Pt、Ag、0^^1^、？(1、(:0、祖、111、(^的氧化物中的一種或兩種以上作為活性組分;第二載體占第一載體質量的I?14% ;活性組分含量占第一載體質量的I?4.4%。2.根據權利要求1所述的用于治理工業固定源有機廢氣的催化劑，其特征在于，所述的T -Al2O3涂層由γ -Al2O3型活性氧化鋁配制成鋁溶膠后在蜂窩陶瓷載體上涂覆而成。3.根據權利要求1所述的用于治理工業固定源有機廢氣的催化劑，其特征在于，所述的活性組分的總負載量為10?30g/L。4.權利要求1至3任一項所述的用于治理工業固定源有機廢氣的催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)第一載體預處理;將蜂窩陶瓷、ZSM-5或SBA-15浸漬于硝酸或蒸餾水中10-150分鐘，電動攪拌10-150分鐘;然后80-200°C干燥1-8小時； (2)γ -Al2O3溶膠配制;將γ -Al2O3型活性氧化鋁與蒸餾水混合攪拌至完全分散，電動攪拌10-150分鐘；γ-Α1203型活性氧化鋁占分散液質量的1.5-20% ; (3)浸漬液配制;將?1^8、(]11、？6、1?11、？(1、(]0、祖、]\111、06的一種或兩種以上的硝酸鹽配制成溶液； (4)γ -Al2O3涂覆;將步驟(I)所得第一載體浸漬在步驟(2)所得γ -Al2O3溶膠中0.5-6小時后取出，γ -Al2O3溶膠與第一載體的體積比為0.1?0.6，200-700°C焙燒5-15小時； (5)活性氧化物負載，將步驟(4)所得涂覆Y-Al2O3的第一載體浸漬在步驟(3)所得浸漬液中10-180分鐘后取出，100-700°C焙燒1-15小時，得到最終產品，即用于治理工業固定源有機廢氣的催化劑。5.根據權利要求4所述的用于治理工業固定源有機廢氣的催化劑的制備方法，其特征在于，電動攪拌的轉速為10-200轉/分鐘。
【文檔編號】B01J23/83GK106076351SQ201610420679
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月13日 公開號201610420679.9, CN 106076351 A, CN 106076351A, CN 201610420679, CN-A-106076351, CN106076351 A, CN106076351A, CN201610420679, CN201610420679.9
【發明人】劉磊, 張俊豐, 王靖, 李小芝, 蔡英
【申請人】湘潭大學