一种整体式常温低浓度一氧化碳催化剂及其制备和应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种整体式常温低浓度CO催化剂及其制备方法。该催化剂是以堇青石蜂窝陶瓷为载体，涂覆含氧化铋的涂层材料后负载贵金属Pd制备而成。其中堇青石蜂窝陶瓷占活性涂层的质量百分比为5～20%，贵金属Pd在整体式催化剂中的含量为1.0～5.0g/L。该整体式催化剂采用等体积浸渍法制备，制备方法简单，贵金属用量低且利用率高，便于大规模工业化使用，在常温（0～40℃）、高空速（～60000h-1）、高湿度（～100%RH）条件下实现低浓度CO（0～50ppm）的有效消除，适用于道路隧道或地下停车场等半封闭空间中低浓度CO的常温消除。
【专利说明】一种整体式常温低浓度一氧化碳催化剂及其制备和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种整体式常温低浓度CO催化剂及其制备方法，具体是一种氧化铋改性的Pu-Cu整体式常温低浓度CO催化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]来自工业生产和汽车尾气的CO是空气中一种含量较多的环境污染物，它可以和人体的血红蛋白结合，削弱血红蛋白的输氧能力，从而损害人的中枢神经系统，导致人中毒甚至死亡。对于环境中存在的大量低浓度的一氧化碳，不能用物理吸附的方式消除，把CO常温催化氧化成污染较低的CO2是最直接、简单、廉价而有效的消除空气中CO的方法和手段。
[0003]处理空气中的污染物需要较大的空速，如使用粉末或颗粒状的催化剂，很快会造成催化剂床层的堵塞，污染空气很难通过催化剂床层，使得催化反应不能连续进行。整体式催化剂(monolithic catalysts)具有开孔率较大的平行孔道,有助于大风速的空气通过，同时CO与催化剂接触较均匀，催化剂利用率高，因此工业上一般采用整体式催化剂用于气体的催化反应。
[0004]整体式催化剂的基本构造是由载体、涂层和活性组分三部分组成的。常用的载体为堇青石蜂窝陶瓷，载体起到了支撑体的作用。为了增大载体的比表面积、减少活性组分用量和使活性组分更加均匀地分布在载体上，需要在载体表面涂覆上一层涂层，通常为高比表面积的Y -Al2O3或其他氧化物。目前常用的CO常温催化氧化的活性组分为贵金属(Au、Pd、Pt)或非贵金属催化剂(Hopcalite催化剂和Co3O4X
[0005]CN101612581B报道了一种用于富氢气体环境中CO净化的整体式催化剂，活性组分为Pt，助催化剂为Ni，载体为涂覆C1-Al2O3的介孔-大孔载体。采用过体积浸溃法浸溃活性组分为Pt和助催化剂为Ni到载体上。该整体式催化剂能将氢气中的一氧化碳降低到1ppm以下。
[0006]CN102114428B报道了一种用于常温氧化CO、甲醛的整体式催化剂及其制备方法，将载体浸泡在辅助性涂层的前驱体溶液和主体涂层溶胶的混合液中，经吹扫、烘干、煅烧，然后采用等体积浸溃法，将载体浸泡到氯钼酸溶液和氯钯酸溶液与助剂的硝酸盐溶液混合液中，最后加入还原剂制得催化剂。该催化剂在常温条件下能同时消除低浓度的CO和甲醛，抗毒、抗湿性能强，性能稳定。
[0007]赵福真等人(无机化学学报，2013，29(4))研究了 CuxCei_x02_x/SBA_15/堇青石整体式催化剂对CO的催化氧化性能，催化剂表面的催化还原性能与Cua5Cea P1.5和Cu、Ce的比例有一定的关系，50% Cu0.5Ce0.50L5/SBA-15/堇青石整体式催化剂具有最好的催化活性，CO可以在140°C完全转化。
【发明内容】
[0008]本发明的目的之一在于针对现有技术的不足，提供一种整体式常温低浓度CO催化剂。
[0009]本发明的目的之二在于提供该催化剂的制备方法。
[0010]一种整体式常温低浓度一氧化碳催化剂，其特征在于，该催化剂是载体、活性涂层和活性组分三部分组成；所述载体占催化剂的质量百分比为87?94.6%，所述的活性涂层为氧化铋改性的Y-Al2O3涂层，活性涂层占催化剂的质量百分比为5?10% ;所述的活性组分为氯化钯和氯化铜，氯化钯占催化剂的质量百分比为0.2?1%，氯化铜占催化剂的质量百分比为0.4?2%。
[0011]所述的载体为堇青石蜂窝陶瓷，孔密度为100?400孔/平方英寸。
[0012]一种制备整体式常温低浓度一氧化碳催化剂的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为:
a.将23.2?92.8克硝酸铋溶解于I升浓度为0.1?I mol/L的硝酸溶液中，加入200克Y-Al2O3粉末，在50?100°C中干燥，200?500°C马弗炉中焙烧2?6小时，即得到氧化铋改性Y -Al2O3粉末，氧化铋占Y -Al2O3的质量百分比为5?20% ；
b.将50?200克步骤a得到的氧化铋改性Y-Al2O3粉末与100?500g拟薄水铝石、10?50克异丙醇加入到500?1000克去离子水中，调成糊状浆料，用质量分数65%的硝酸调节该浆料的PH值至3-4，即得到含氧化铋的涂层材料；
c.将堇青石蜂窝陶瓷载体浸溃于涂层材料中I?5分钟，取出后将孔道内多余的涂层材料吹扫干净，在50?100°C烘箱中烘干I?5小时，然后在300?800°C马弗炉中焙烧2?6小时；
d.将0.20?1.00克氯化钯和0.67?3.34克氯化铜溶解在20毫升质量分数为5?20%的氨水溶液中，将体积为5CmX5CmX5Cm的涂覆由涂层材料的堇青石蜂窝陶瓷浸溃在溶液中，待溶液完全吸收后，将整体式催化剂在100°C烘干，然后在200?500°C焙烧2?8小时。
[0013]所述的催化剂在常温O?40°C、高空速?60000 h—1、高湿度?100% RH条件下实现低浓度O?50 ppm 一氧化碳的催化氧化，特别适用于道路隧道或地下停车场等半封闭空间中低浓度CO的消除。
[0014]本发明利用氧化铋改性Pu-Cu整体式常温低浓度CO催化剂，该催化剂具有在常温(O?40°C)、高空速(?60000 h—1)、高湿度(?100% RH)条件下实现低浓度CO (O?50ppm)的有效消除，采用等体积浸溃法制备整体式催化剂，制备方法简单，贵金属利用率高、用量低，便于大规模工业化使用。
【具体实施方式】
[0015]以下对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0016]对比例:
将1g Y-Al2O3粉末、40g拟薄水招石和1.5g异丙醇加入到50g去离子水中,搅拌条件下加入硝酸调节PH值至3-4，继续搅拌20分钟形成涂层材料；将已称重的堇青石蜂窝陶瓷载体浸泡在涂层材料中5分钟，取出后高压气枪吹扫，晾干，在50°C烘干，然后在550°C马弗炉中焙烧4h。经称重，堇青石蜂窝陶瓷载体的活性涂层的负载量为17.5%。
[0017]将0.52 g PdCl2和1.67 g CuCl2溶于20mL质量分数为20%的氨水中，待完全溶解后，将上述涂覆活性涂层的堇青石蜂窝陶瓷载体浸溃在溶液里，待溶液完全吸收后，将整体式催化剂在50°C烘干，最后在300°C马弗炉中焙烧4h。其中Pd的负载量为2.5g/L，Cu的负载量为5g/L。
[0018]本对比例制备得到的整体式催化剂在常压固定床U型反应器(内径为11 mm)中进行性能评价，反应温度为30°C，C0浓度为30 ppm，其余为空气，空速为24000 h—1，使用一氧化碳分析仪(Thermo，Model 48i)进行产物分析，本对比例制得的整体式催化剂对CO的催化效率为87.1%。
[0019]实施例1:
将活性氧化铝浸溃于硝酸铋溶液中，控制氧化铋含量为载体总重量的5%，在50°C干燥，然后在300°C焙烧4小时。
[0020]将1g氧化铋改性的Y-Al2O3粉末、40g拟薄水铝石和1.5g异丙醇加入到50g去离子水中，搅拌条件下加入硝酸调节pH值至3-4，继续搅拌20分钟形成涂层材料；将已称重的堇青石蜂窝陶瓷载体浸泡在涂层材料中5分钟，取出后高压气枪吹扫，晾干，在50°C烘干，然后在550°C马弗炉中焙烧4h。经称重，堇青石蜂窝陶瓷载体的活性涂层的负载量为18.2%。
[0021]将0.52 g PdCl2和1.67 g CuCl2溶于20mL质量分数为20%的氨水中，待完全溶解后，将上述涂覆活性涂层的堇青石蜂窝陶瓷载体浸溃在溶液里，待溶液完全吸收后，将整体式催化剂在50°C烘干，最后在300°C马弗炉中焙烧4h。其中Pd的负载量为2.5g/L，Cu的负载量为5g/L。
[0022]催化剂评价方法同对比例。测试结果表明，本对比例制得的整体式催化剂对CO的催化效率为89.5%。
[0023]实施例2:
将实施例1中氧化铋含量改成10%，其余制备方法同实施例1。催化剂评价方法同对比例。测试结果表明，本实施例制备得到的整体式催化剂对CO的催化效率为95.1%。
[0024]实施例3:
将实施例1中氧化铋含量改成15%，其余制备方法同实施例1。催化剂评价方法同对比例。测试结果表明，本实施例制备得到的整体式催化剂对CO的催化效率为92.4%。
[0025]实施例4:
将实施例1中氧化铋含量改成20%，其余制备方法同实施例1。催化剂评价方法同对比例。测试结果表明，本实施例制得的整体式催化剂对CO的催化效率为90.0%。
【权利要求】
1.一种整体式常温低浓度一氧化碳催化剂，其特征在于，该催化剂是载体、活性涂层和活性组分三部分组成；所述载体占催化剂的质量百分比为87?94.6%，所述的活性涂层为氧化铋改性的Y-Al2O3涂层，活性涂层占催化剂的质量百分比为5?10% ;所述的活性组分为氯化钯和氯化铜，氯化钯占催化剂的质量百分比为0.2?1%，氯化铜占催化剂的质量百分比为0.4?2%ο
2.根据权利要求1所述一种整体式常温低浓度一氧化碳催化剂，其特征在于，所述的载体为堇青石蜂窝陶瓷，孔密度为100?400孔/平方英寸。
3.一种制备根据权利要求1或2所述的整体式常温低浓度一氧化碳催化剂的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为: a.将23.2?92.8克硝酸铋溶解于I升浓度为0.1?I mol/L的硝酸溶液中，加入200克Y-Al2O3粉末，在50?100°C中干燥，200?500°C马弗炉中焙烧2?6小时，即得到氧化铋改性Y -Al2O3粉末，氧化铋占Y -Al2O3的质量百分比为5?20% ； b.将50?200克步骤a得到的氧化铋改性Y-Al2O3粉末与100?500g拟薄水铝石、10?50克异丙醇加入到500?1000克去离子水中，调成糊状浆料，用质量分数65%的硝酸调节该浆料的PH值至3-4，即得到含氧化铋的涂层材料； c.将堇青石蜂窝陶瓷载体浸溃于涂层材料中I?5分钟，取出后将孔道内多余的涂层材料吹扫干净，在50?100°C烘箱中烘干I?5小时，然后在300?800°C马弗炉中焙烧2?6小时； d.将0.20?1.00克氯化钯和0.67?3.34克氯化铜溶解在20毫升质量分数为5?20%的氨水溶液中，将体积为5CmX5CmX5Cm的涂覆由涂层材料的堇青石蜂窝陶瓷浸溃在溶液中，待溶液完全吸收后，将整体式催化剂在100°C烘干，然后在200?500°C焙烧2?8小时。
4.根据权利要求1所述一种整体式常温低浓度一氧化碳催化剂在常温O?40°C、高空速?60000 1Γ1、高湿度?100% RH条件下实现低浓度O?50 ppm—氧化碳的催化氧化,特别适用于道路隧道或地下停车场等半封闭空间中低浓度CO的消除。
【文档编号】B01D53/86GK104324737SQ201410616165
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】何丹农, 高振源, 吴美健, 赵昆峰, 杨玲, 蔡婷, 袁静, 爨谦 申请人:上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司