一种用于治理工业固定源有机废气催化剂及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于治理工业固定源有机废气催化剂及其制备方法，属于大气污染治理技术领域。该方法主要采用Pt/Ag/Cu/Fe/Rh/Pd/Co/Ni/Mn/Ce一种或多种氧化物为活性组分，以蜂窝陶瓷、ZSM?5或SBA?15作为载体，制得有机废气催化剂，该催化剂性能佳，可在255℃实现对甲苯高达99％的去除效率；在310℃实现对乙烯99％的去除效率。与同类催化剂先比，对甲苯99％去除效率温度降低约30℃，对乙烯去除温度降低了约60℃；而且该催化剂制备工艺简单，原材料来源广泛，价格低廉，适合工业化生产应用。
【专利说明】
一种用于治理工业固定源有机废气催化剂及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于治理工业固定源有机废气催化剂及其制备方法，属于大气污染治理技术领域。
【背景技术】
[0002]工业固定源有机废气所涉及的行业众多，污染物种类繁多，组成复杂。经常碰到的化合物种类有烃类、酮类、酯类、醇类、酚类、醛类、胺类、腈(氰)类等有机化合物，其中大多有毒性，严重危害人体健康;轻则刺激眼睛和呼吸系统，重则中毒;有些可致癌、致畸、致突变。有些如甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氯乙烯、多环芳烃等这些人们熟知的有机化合物对人体健康极其有害。此外有些如氯氟烃和氢氯氟烃对臭氧层有破坏作用，已受到世界的关注，而禁止使用。因此解决控制其排放一直是科研工作者们关注的热点。
[0003]目前治理工业固定源有机废气的末端控制技术主要分为两大类:即回收技术和销毁技术。回收技术是通过物理的方法，改变温度、压力或采用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来富集分离有机污染物的方法。销毁技术是通过化学或生化反应，用热、光、催化剂或微生物等将有机化合物转变成为二氧化碳和水等无毒害小分子化合物的方法。催化燃烧法因具有操作成本较低、脱除污染物范围广、效果彻底等优点而得到广泛使用。
[0004]催化燃烧法多采用鈀、铂、铑等贵金属作为催化剂，然而这类催化剂价格昂贵，反应所需温度也较高，中小企业难以承受其昂贵的投资和运营费用;而且催化剂易中毒，阻碍了该技术的大面积推广使用。
【发明内容】
[0005]为了降低催化剂的生产成本和反应温度，提升催化剂的抗中毒性能，本发明提供一种治理工业固定源有机废气催化剂及其制备方法，制备方法包括浸渍法、混合法、离子交换法和固相研磨法等。
[0006]本发明的技术方案为:
[0007]一种用于治理工业固定源有机废气的催化剂，以蜂窝陶瓷、ZSM-5或SBA-15作为第一载体，在其孔道内表面涂覆一层γ-Al2O3涂层作为第二载体，并以Pt、Ag、Cu、Fe、Rh、Pd、Co、N1、Mn、Ce的氧化物中的一种或两种以上作为活性组分;第二载体占第一载体质量的I?14% ；活性组分含量占第一载体质量的I?4.4%。
[0008]进一步地，所述的Y-Al2O3涂层由γ-Α1203型活性氧化铝配制成铝溶胶后在蜂窝陶瓷载体上涂覆而成。
[0009]进一步地，所述的活性组分的总负载量为10?30g/L。
[0010]上述的用于治理工业固定源有机废气的催化剂，包括如下步骤:
[0011 ] (I)第一载体预处理;将蜂窝陶瓷、ZSM-5或SBA-15浸渍于硝酸或蒸馏水中10-150分钟，电动搅拌10-150分钟;然后80-200°(:干燥1-8小时；
[0012](2) γ -Al2O3溶胶配制；将γ -Al2O3型活性氧化铝与蒸馏水混合搅拌至完全分散，电动搅拌10-150分钟；γ-Α1203型活性氧化铝占分散液质量的1.5-20% ;
[0013](3)浸渍液配制；将?148、01小6、诎、？(1、(:0、祖、111丄6的一种或两种以上的硝酸盐配制成溶液；
[0014](4) Y-Al2O3涂覆;将步骤(I)所得第一载体浸渍在步骤(2)所得Y-Al2O3溶胶中
0.5-6小时后取出，γ-Al2O3溶胶与第一载体的体积比为0.1?0.6，200-700°C焙烧5-15小时；
[0015](5)活性氧化物负载，将步骤(4)所得涂覆Y-Al2O3的第一载体浸渍在步骤(3)所得浸渍液中10-180分钟后取出，100-700°C焙烧1-15小时，得到最终产品，即用于治理工业固定源有机废气的催化剂。
[0016]进一步地，电动搅拌的转速为10-200转/分钟。
[0017]在研究和探索过程中，发明人惊喜地发现，由于γ-Al2O3涂层和活性金属的不同配比，所得的催化剂在最终的性能上产生显著的差异，同时也产生了不同的适应性，即合适的配比才能有效地分解甲苯、乙烯等有机废气。
[0018]本发明的有益效果在于:
[0019](I)本发明所得催化剂性能佳，可在255 °C实现对甲苯99 %的去除效率;在310 °C实现对乙烯99%的去除效率。与同类催化剂先比，对甲苯99%去除效率温度降低约30°C，对乙烯去除温度降低了约60°C;
[0020](2)本发明生产过程工艺简单，方便工业化生产；
[0021](3)本发明原材料来源广，价格低，极大地降低了催化剂的生产成本。
【附图说明】
[0022]图1为涂覆γ-Α1203蜂窝陶瓷孔径分布图。
[0023]图2为实施例5测试结果图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于此。
[0025]实施例1
[0026](I)蜂窝陶瓷预处理:将蜂窝陶瓷浸渍在蒸馏水中I小时，电动搅拌30分钟，转速为30转/分钟;之后置于温度为150°C的烘箱干燥2小时。
[0027](2) γ -Al2O3溶胶配制:将市售的20g γ -Al2O3型活性氧化铝加入150ml蒸馏水中，恒温60°C搅拌至完全分散，电动搅拌30分钟，转速为60转/分钟。
[0028](3)浸渍液配制:将硝酸铜、硝酸铈和蒸馏水按质量比1:2:5混合搅拌至完全溶解。
[0029](4) γ-Α1203涂覆;将步骤(I)中的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(2)中的Y-Al2O3溶胶中I小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0030](5)活性组分负载:将步骤(4)的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(3)的浸渍液中2小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0031]催化剂性能说明:将上述催化剂置于反应器中，通入10ppm甲苯时，在温度为300°(:时，去除效果达94%，空速为lOOOOhr—S通入10ppm乙烯时，在300°C时去除效率为15%，空速为5000hr 一、
[0032]实施例2
[0033](I)蜂窝陶瓷预处理:将蜂窝陶瓷浸渍在蒸馏水中I小时，电动搅拌30分钟，转速为30转/分钟;之后置于温度为150°C的烘箱干燥2小时。
[0034](2) γ -Al2O3溶胶配制:将市售的20g γ -Al2O3型活性氧化铝加入150ml蒸馏水中，恒温60°C搅拌至完全分散，电动搅拌30分钟，转速为60转/分钟。
[0035](3)浸渍液配制:将硝酸铜、硝酸钴和硝酸铈和蒸馏水按质量比2:1:4:10混合搅拌至完全溶解。
[0036](4) γ-Α1203涂覆;将步骤(I)中的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(2)中的Y-Al2O3溶胶中I小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0037](5)活性组分负载:将步骤(4)的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(3)的浸渍液中2小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0038]催化剂性能说明:将上述催化剂置于反应器中，通入10ppm甲苯时，在温度为290°(:时，去除效果达99%，空速为lOOOOhr—S通入10ppm乙烯时，在300°C时去除效率为46%，空速为5000hr 一、
[0039]实施例3
[0040](I)蜂窝陶瓷预处理:将蜂窝陶瓷浸渍在蒸馏水中I小时，电动搅拌30分钟，转速为30转/分钟;之后置于温度为150°C的烘箱干燥2小时。
[0041 ] (2) γ -Al2O3溶胶配制:将市售的20g γ -Al2O3型活性氧化铝加入150ml蒸馏水中，恒温60°C搅拌至完全分散，电动搅拌30分钟，转速为60转/分钟。
[0042](3)浸渍液配制:将硝酸铜、硝酸镍、硝酸铈和蒸馏水按质量比2:1:4:10混合搅拌至完全溶解。
[0043](4) γ-Α1203涂覆;将步骤(I)中的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(2)中的Y-Al2O3溶胶中I小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0044](5)活性组分负载:将步骤(4)的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(3)的浸渍液中2小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0045]催化剂性能说明:将上述催化剂置于反应器中，通入10ppm甲苯时，在温度为280°(:时，去除效果达99%，空速为lOOOOhr—S通入10ppm乙烯时，在300°C时去除效率为69%，空速为5000hr 一、
[0046]实施例4:
[0047](I)蜂窝陶瓷预处理:将蜂窝陶瓷浸渍在蒸馏水中I小时，电动搅拌30分钟，转速为30转/分钟;之后置于温度为150°C的烘箱干燥2小时。
[0048](2) γ -Al2O3溶胶配制:将市售的20g γ -Al2O3型活性氧化铝加入150ml蒸馏水中，恒温60°C搅拌至完全分散，电动搅拌30分钟，转速为60转/分钟。
[0049](3)浸渍液配制:将硝酸铜、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铈和蒸馏水按质量比2:1:1:4:10混合搅拌至完全溶解。
[0050](4) γ-Α1203涂覆;将步骤(I)中的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(2)中的Y-Al2O3溶胶中I小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0051](5)活性组分负载:将步骤(4)的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(3)的浸渍液中2小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0052]催化剂性能说明:将上述催化剂置于反应器中，通入10ppm甲苯时，在温度为270°(:时，去除效果达99%，空速为lOOOOhr—S通入10ppm乙烯时，在300°C时去除效率为93%，空速为5000hr 一、
[0053]实施例5:
[0054](I)蜂窝陶瓷预处理:将蜂窝陶瓷浸渍在蒸馏水中I小时，电动搅拌30分钟，转速为30转/分钟;之后置于温度为150°C的烘箱干燥2小时。
[0055](2) γ -Al2O3溶胶配制:将市售的20g γ -Al2O3型活性氧化铝加入150ml蒸馏水中，恒温60°C搅拌至完全分散，电动搅拌30分钟，转速为60转/分钟。
[0056](3)浸渍液配制:将硝酸银、硝酸铜、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铈和蒸馏水按质量比1:2:1:1:4:10混合搅拌至完全溶解。
[0057](4) γ-Α1203涂覆;将步骤(I)中的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(2)中的Y-Al2O3溶胶中I小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0058](5)活性组分负载:将步骤(4)的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(3)的浸渍液中2小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0059]催化剂性能说明:将上述催化剂置于反应器中，通入10ppm甲苯时，在温度为255°(:时，去除效果达99%，空速为lOOOOhr—S通入10ppm乙烯时，在310°C时去除效率为99%，空速为5000hr 一、
【主权项】
1.一种用于治理工业固定源有机废气的催化剂，其特征在于，以蜂窝陶瓷、ZSM-5或SBA-15作为第一载体，在其孔道内表面涂覆一层γ -Al2O3涂层作为第二载体，并以Pt、Ag、0^^1^、？(1、(:0、祖、111、(^的氧化物中的一种或两种以上作为活性组分;第二载体占第一载体质量的I?14% ;活性组分含量占第一载体质量的I?4.4%。2.根据权利要求1所述的用于治理工业固定源有机废气的催化剂，其特征在于，所述的T -Al2O3涂层由γ -Al2O3型活性氧化铝配制成铝溶胶后在蜂窝陶瓷载体上涂覆而成。3.根据权利要求1所述的用于治理工业固定源有机废气的催化剂，其特征在于，所述的活性组分的总负载量为10?30g/L。4.权利要求1至3任一项所述的用于治理工业固定源有机废气的催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)第一载体预处理;将蜂窝陶瓷、ZSM-5或SBA-15浸渍于硝酸或蒸馏水中10-150分钟，电动搅拌10-150分钟;然后80-200°C干燥1-8小时； (2)γ -Al2O3溶胶配制;将γ -Al2O3型活性氧化铝与蒸馏水混合搅拌至完全分散，电动搅拌10-150分钟；γ-Α1203型活性氧化铝占分散液质量的1.5-20% ; (3)浸渍液配制;将?1^8、(]11、？6、1?11、？(1、(]0、祖、]\111、06的一种或两种以上的硝酸盐配制成溶液； (4)γ -Al2O3涂覆;将步骤(I)所得第一载体浸渍在步骤(2)所得γ -Al2O3溶胶中0.5-6小时后取出，γ -Al2O3溶胶与第一载体的体积比为0.1?0.6，200-700°C焙烧5-15小时； (5)活性氧化物负载，将步骤(4)所得涂覆Y-Al2O3的第一载体浸渍在步骤(3)所得浸渍液中10-180分钟后取出，100-700°C焙烧1-15小时，得到最终产品，即用于治理工业固定源有机废气的催化剂。5.根据权利要求4所述的用于治理工业固定源有机废气的催化剂的制备方法，其特征在于，电动搅拌的转速为10-200转/分钟。
【文档编号】B01J23/83GK106076351SQ201610420679
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月13日 公开号201610420679.9, CN 106076351 A, CN 106076351A, CN 201610420679, CN-A-106076351, CN106076351 A, CN106076351A, CN201610420679, CN201610420679.9
【发明人】刘磊, 张俊丰, 王靖, 李小芝, 蔡英
【申请人】湘潭大学