本发明涉及一种用于消除挥发性有机物的催化剂及其制备方法，属于大气环境保护的环境催化材料领域。
背景技术：
涂料、印铁、印刷、制药、石油化工、皮革、纺织印染等行业的生产过程，都会释放出芳烃、含氧有机物(酯、醇、酸、酮、醛等)、烷烃、烯烃等挥发性有机化合物(简称vocs)。挥发性有机物是造成大气污染的主要有害物之一，也是造成光化学污染，形成细颗粒物(pm2.5)的主要来源，导致人类中枢神经系统、呼吸系统、免疫系统、生殖系统等的异常(j.j.spivey,ind.eng.chemres1987,26:2165-2180)，造成急性和慢性中毒，致癌及基因突变等。
催化燃烧是目前应用最广泛的净化挥发性有机废气技术，其工作原理是在催化剂的作用下挥发性有机废气在较低温度发生氧化反应，生成无害的二氧化碳和水。催化燃烧技术对挥发性有机物的应用范围广，几乎能处理所有的vocs，且无二次污染。
目前，用于净化工业废气的催化剂，大多采用堇青石蜂窝陶瓷载体，在蜂窝陶瓷表面涂覆氧化铝、氧化铈、氧化锆等复合氧化物作为第二载体，再采用浸渍法负载贵金属pd或pt。
中国发明专利cn102658136a公开了含贵金属的废气净化催化剂的制备方法。该催化剂制备方法是采用先制备涂层复合氧化物材料，再通过浸渍法制备复合氧化物负载贵金属催化剂，再通过湿磨制得浆液，涂覆到堇青石蜂窝陶瓷载体表面，然而，该催化剂的制备方法比较复杂。中国发明专利cn200510060542.9公开了一种稀土复合多孔氧化铝负载pd催化剂的制备方法。该发明以堇青石陶瓷蜂窝为载体，采用溶胶浸涂法涂覆水合氧化铝、热吸附法负载复合铈-锆氧化物和负载金属pd活性组份的工艺制备了稀土复合多孔氧化铝负载pd催化剂。负载铈-锆氧化物的过程是采用加热浸渍铈和锆的硝酸盐溶液，吸附的硝酸盐经过沉淀、洗涤，因而，导致铈-锆氧化物含量的不确定和产生含硝酸根的废水。
技术实现要素：
本发明针对现有挥发性有机废气催化剂制备过程存在不足，以优化制备工艺、减少制备过程中有害物质的产生、提高催化剂性能为目的。提供一种活性高、稳定性高的用于消除挥发性有机物的催化剂及其制备方法。
为解决该技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于消除挥发性有机物的催化剂，由堇青石蜂窝陶瓷载体、第一涂层、第二涂层和第三涂层组成，第一涂层包含nb2o5、y2o3、in2o3和zno，第一涂层的含量以400℃焙烧4小时后的涂层质量计算为40g/l；第二涂层包含sno2、in2o3和rh，第二涂层的含量以400℃焙烧4小时后的涂层质量计算为5～20g/l；第三涂层包含pt，含量以500℃焙烧4小时后的涂层质量计算为0.1～0.5g/l。第一涂层中nb2o5、y2o3、in2o3和zno的质量比为30:45:5:20，第二涂层中sno2、in2o3和rh的质量比为92:7:1。
该催化剂的制备方法为：催化剂采用三次涂覆制备，第一次涂覆浆料包含以nb2o5计量的nb(oh)5、以y2o3计量的y(oh)3、以in2o3计量的in(no3)3·5h2o和以zno计量的zn(oh)2，其质量比为30:45:5:20,加水后球磨4小时，然后加浓硝酸将酸度调至ph＝3.0，均匀涂覆在堇青石蜂窝陶瓷载体上，并用高压气体吹出蜂窝陶瓷载体孔隙内多余的浆液，经110℃干燥，400℃焙烧4小时；第二次涂覆浆料包含以sno2计量的sn(oh)4、以in2o3计量的in(no3)3·5h2o和以rh计量的rh(no3)3，其质量比为92:7:1，加水后球磨4小时，然后加浓硝酸将酸度调至ph＝3.0，均匀涂覆在第一次涂覆后的堇青石蜂窝陶瓷载体上，并用高压气体吹出蜂窝陶瓷载体孔隙内多余的浆液，经110℃干燥，400℃焙烧4小时；第三次涂覆液为以pt计量的h2ptcl6水溶液，采用浸渍吸附法，浸渍第二次涂覆后的堇青石蜂窝陶瓷载体，待h2ptcl6完全吸附后，经110℃干燥，500℃焙烧4小时，得到催化剂成品。
采用本发明制备方法制得的催化剂具有催化活性高，热稳定性高，能有效消除挥发性有机物。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做出进一步的具体说明，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
(1)第一涂层：按照以nb2o5计量的nb(oh)5、以y2o3计量的y(oh)3、以in2o3计量的in(no3)3·5h2o和以zno计量的zn(oh)2，其质量比为30:45:5:20,分别称取nb(oh)5150g、y(oh)3225g、in(no3)3·5h2o25g和zn(oh)2100g，加水至总质量为2500g后球磨4小时，然后加浓硝酸将酸度调至ph＝3.0。将堇青石蜂窝陶瓷载体(200目/in2)进行浸渍，并用高压气体吹出堇青石蜂窝陶瓷载体孔隙内多余的浆液。然后经110℃干燥，400℃焙烧4小时。以400℃焙烧4小时后的涂层质量计算，第一涂层的含量为40g/l。
(2)第二涂层：按照以sno2计量的sn(oh)4、以in2o3计量的in(no3)3·5h2o和以rh计量的rh(no3)3，其质量比为92:7:1，分别称取sn(oh)4460g、in(no3)3·5h2o35g和rh(no3)35g，加水至总质量为2.5kg后球磨4小时，然后加浓硝酸将酸度调至ph＝3.0。将涂覆第一涂层的堇青石蜂窝陶瓷浸渍上述浆料，并用高压气体吹出堇青石蜂窝陶瓷孔隙内多余的浆液。然后经110℃干燥，400℃焙烧4小时。以400℃焙烧4小时后的涂层质量计算，第二涂层的含量为20g/l。
(3)第三涂层：称取含有pt3g的h2ptcl6溶液，加去离子水配成20l溶液，用浓硝酸将酸度调至ph＝4.5。将10l涂有上述两个涂层的堇青石蜂窝陶瓷浸渍其中，使h2ptcl6完全吸附到载体表面，将含有贵金属pt的堇青石蜂窝陶瓷与水溶液分离，经110℃干燥，500℃焙烧4小时，制得本发明的催化剂。以500℃焙烧4小时后的涂层质量计算，第三涂层的pt含量为0.3g/l。
(4)催化剂净化有机废气性能测试：催化剂性能评价在常压微型反应器中进行，通过空气携带苯和乙酸乙酯混合物为模拟挥发性有机废气，其中苯的浓度为1500mg/m3，乙酸乙酯的浓度为2000mg/m3)催化反应空速为20000h-1。反应前后挥发性有机物浓度采用气相色谱(fid)分析。催化剂的挥发性有机废气消除性能以苯或乙酸乙酯的转化率为99％时对应的反应温度t99来表示，结果见表1。
实施例2
(1)第一涂层：第一涂层的制备方法与实施例1相同。
(2)第二涂层：按照以sno2计量的sn(oh)4、以in2o3计量的in(no3)3·5h2o和以rh计量的rh(no3)3，其质量比为92:7:1，分别称取sn(oh)4460g、in(no3)3·5h2o35g和rh(no3)35g，加水至总质量为5kg后球磨4小时，然后加浓硝酸将酸度调至ph＝3.0。将涂覆第一涂层的堇青石蜂窝陶瓷浸渍上述浆料，并用高压气体吹出堇青石蜂窝陶瓷孔隙内多余的浆液。然后经110℃干燥，400℃焙烧4小时。以400℃焙烧4小时后的涂层质量计算，第二涂层的含量为10g/l。
(3)第三涂层：第三涂层的制备方法与实施例1相同。
(4)催化剂净化有机废气性能测试：催化剂净化有机废气性能测试与实施例1相同。
实施例3
(1)第一涂层：第一涂层的制备方法与实施例1相同。
(2)第二涂层：按照以sno2计量的sn(oh)4、以in2o3计量的in(no3)3·5h2o和以rh计量的rh(no3)3，其质量比为92:7:1，分别称取sn(oh)4460g、in(no3)3·5h2o35g和rh(no3)35g，加水至总质量为10kg后球磨4小时，然后加浓硝酸将酸度调至ph＝3.0。将涂覆第一涂层的堇青石蜂窝陶瓷浸渍上述浆料，并用高压气体吹出堇青石蜂窝陶瓷孔隙内多余的浆液。然后经110℃干燥，400℃焙烧4小时。以400℃焙烧4小时后的涂层质量计算，第二涂层的含量为5g/l。
(3)第三涂层：第三涂层的制备方法与实施例1相同。
(4)催化剂净化有机废气性能测试：催化剂净化有机废气性能测试与实施例1相同。
实施例4
(1)第一涂层：第一涂层的制备方法与实施例1相同
(2)第二涂层：第二涂层的制备方法与实施例2相同。
(3)第三涂层：称取含有pt1g的h2ptcl6溶液，加去离子水配成20l溶液，用浓硝酸将酸度调至ph＝4.5。将10l涂有上述两个涂层的堇青石蜂窝陶瓷浸渍其中，使h2ptcl6完全吸附到载体表面，将含有贵金属pt的堇青石蜂窝陶瓷与水溶液分离，经110℃干燥，500℃焙烧4小时，制得本发明的催化剂。以500℃焙烧4小时后的涂层质量计算，第三涂层的pt含量为0.1g/l。
(4)催化剂净化有机废气性能测试：催化剂净化有机废气性能测试与实施例1相同。
实施例5
(1)第一涂层：第一涂层的制备方法与实施例1相同
(2)第二涂层：第二涂层的制备方法与实施例2相同。
(3)第三涂层：称取含有pt5g的h2ptcl6溶液，加去离子水配成20l溶液，用浓硝酸将酸度调至ph＝4.5。将10l涂有上述两个涂层的堇青石蜂窝陶瓷浸渍其中，使h2ptcl6完全吸附到载体表面，将含有贵金属pt的堇青石蜂窝陶瓷与水溶液分离，经110℃干燥，500℃焙烧4小时，制得本发明的催化剂。以500℃焙烧4小时后的涂层质量计算，第三涂层的pt含量为0.5g/l。
(4)催化剂净化有机废气性能测试：催化剂净化有机废气性能测试与实施例1相同。
表1实施例催化剂的反应性能
从表1的实施例催化剂的催化剂效果可以看出，实施例1-5催化剂对乙酸乙酯的催化性能差别很小，然而对苯的催化性能差别较大，其中实施例5催化剂对苯和乙酸乙酯都具有比较好的效果，可用于工业排放挥发性有机物的净化处理。