一种以提钒尾渣为原料制备VOCs催化剂的方法

本发明属于固体废弃物资源化和废气净化，具体涉及一种以钒渣为原料制备vocs催化剂的方法。

背景技术：

1、钒钛磁铁矿是一种铁、钒、钛等多种有价元素共生的复合矿，主要分布在我国攀西、承德和马鞍山地区。钒钛磁铁矿经钢铁冶金加工产生钒渣，钒渣经进一步提钒后的固体废弃物称为提钒尾渣，每年产量上百万吨。目前，提钒尾渣的处理方式以堆存和制备附加值不高的建筑材料为主；大量堆存不仅占用大量的土地资源，还对堆场周围环境存在二次污染。如何实现钒渣的“无害化、减量化和资源化”，提升提钒尾渣的产品附加值，实现变废为宝已经成为含钒矿石冶炼行业可持续发展的关键。

2、随着我国工业化和城市化的快速发展以及能源消费的持续增长，臭氧污染日益凸显。尤其在夏季，臭氧已成为导致部分城市空气质量超标的首要因子。2022年11月，生态环境部等15部门联合印发了《臭氧污染防治攻坚行动方案》。该方案指出臭氧污染防治攻坚行动方案聚焦臭氧前体物vocs 和氮氧化物（nox）。因此，vocs治理是当前大气污染治理的重点。

3、在vocs众多的治理方法中，催化燃烧法是治理高浓度vocs的主流方法，其关键技术是催化剂的研发。目前所用的催化剂以贵金属为主，但贵金属资源有限，成本高，近年来将fe、mn等非贵金属催化剂用于vocs的催化燃烧得到了更多的关注。

4、鉴于提钒尾渣的中fe2o3、mno、mgo、sio2、al2o3占比分别为37.2、7.0、4.9、15.3、4.6%；其中，fe和mn是常用的vocs非贵金属活性组分，si和al是沸石分子筛的主要组成元素。因此，为了实现提钒尾渣的资源化，降低vocs催化剂的成本，发明一种以提钒尾渣为原料制备vocs催化剂的方法。

技术实现思路

1、为了同时解决提钒尾渣资源化和vocs污染治理问题，提出提钒尾渣制备vocs催化剂，即以提钒尾渣中的fe、mn作为vocs的活性组分来源，si、al为vocs催化剂的载体，根据需求适当补充al，得到提钒尾渣vocs催化剂。既实现了提钒尾渣的减量化和资源化，又能降低vocs催化剂的成本，践行了以废治废，变废为宝的新思路，具有环保和经济的双重优势。

2、为达到上述技术目的，本发明具体通过以下技术方案实现：

3、一种提钒尾渣vocs催化剂，按照质量百分含量包括以下组分：提钒尾渣30-70%、氧化铝70-30%。

4、优选的，所述的提钒尾渣vocs催化剂，按照质量百分含量包括以下组分：提钒尾渣45%、氧化铝55%。

5、在本发明的另一方面，提供了上述提钒尾渣vocs催化剂的制备方法，包括以下步骤：

6、1）按量称取提钒尾渣倒入稀酸溶液，搅拌，过滤，收集滤液；

7、2）向滤液中加入al2(so4)3得到混合溶液；

8、3）恒温水浴，固定搅拌速率下将混合溶液与naoh并流滴入加有模板剂的烧杯中；

9、4）转移烧杯中混合物至内衬聚四氯乙烯的不锈钢高压反应釜中，进行水热反应；

10、5）反应完成后冷却至室温，抽滤，蒸馏水洗涤至中性；

11、6）105℃的烘箱中过夜烘干；

12、7）空气氛围下550℃焙烧6h，得到提钒尾渣催化剂。

13、进一步的，步骤（3）中金属离子浓度为1-2 mol/l，naoh浓度为0.5-2.5mol/l。

14、进一步的，步骤（3）滴加条件为：ph值控制在10.0-11.0，反应温度70℃；搅拌时间1-3h。

15、进一步的，步骤（4）水热合成条件为：160℃，48h。

16、进一步的，步骤（7）中焙烧条件为550℃空气中焙烧6h。

17、本发明的有益效果为：

18、采用本发明所述方法制备的提钒尾渣vocs催化剂对甲苯具有较好的低温催化活性。当采用十六烷基三甲基溴化铵（ctab）为模板剂时，制备的提钒尾渣催化剂对甲苯的起燃温度（t50）为220℃，完全转化温度（t90）为280℃。

19、采用本发明方法制备的提钒尾渣vocs催化剂具有良好的介孔结构。介孔结构与制备过程中所用的模板剂种类关系密切，对甲苯的催化燃烧活性为：ctab>gs>p123>pam。

20、采用本发明方法制备的提钒尾渣vocs催化剂具有良好的介孔结构，孔径分布在2-10nm之间，有利于vocs的传质。

21、采用本发明所述方法制备提钒尾渣vocs催化剂，可以减少30-50%的提钒尾渣堆存量，实现了提钒尾渣的减量化和资源化。

技术特征：

1.一种提钒尾渣vocs催化剂，其特征在于，按照质量百分含量包括以下组分：钒渣45%、硫酸铝55%。

2.根据权利要求1所述的一种提钒尾渣vocs催化剂，其特征在于，按照质量百分含量包括以下组分：钒渣45%、氧化铝55%。

3.权利要求1所述的提钒尾渣vocs催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中金属离子浓度为1-2 mol/l，氨水浓度为14-20%。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）滴加条件为：ph值控制在10.0-11.0，反应温度70℃；搅拌时间1-3h。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）水热合成条件为：160℃，48h。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（7）中焙烧条件为550℃空气中焙烧6h。

技术总结
本发明公开了一种以提钒尾渣为原料制备VOCs催化剂的方法，按照质量百分含量包括以下组分：钒渣30‑70%、硫酸铝70‑30%。在强酸下长时间浸渍、搅拌钒渣使其中金属物质溶解进入溶液中，将硫酸铝溶液加入到过滤也中得到混合液，在固定搅拌速度下将混合液与2mol/L的NaOH溶液通过蠕动泵滴入装有CTAB的烧杯中，调节pH=11，在70℃下搅拌2h，将搅拌后的混合物全部转入反应釜中，在160℃下水热反应48h。水热合成后经过冷却、抽滤、洗涤、烘干、焙烧，得到含有杂原子的催化剂。采用本发明方法制备的催化剂具有较多的金属元素以及较好的比表面积；用Al2(SO4)2作为载体，通过CTAB对催化剂进行内部结构进行改造，不仅可以提高催化剂对VOCs的吸附性能，还能促进催化剂对VOCs的低温催化活性，且制备方法简单，易操作。

技术研发人员：刘建英,卓磊,黎云,何俊良,曾倩,严政
受保护的技术使用者：成都信息工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15