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一种双过渡金属基碳化蚕沙催化剂及其制备方法技术

技术编号:14757169 阅读:123 留言:0更新日期:2017-03-03 01:11
本发明专利技术公开了一种双过渡金属基碳化蚕沙催化剂及其制备方法,制备方法步骤如下:(1)先将蚕沙置于高温管式炉中,通保护气体吹扫后,加热到500~1000℃进行高温碳化反应得到碳化蚕沙CS;(2)将CS置于10‑30%(体积比)H2浓度的N2气氛下在200‑500℃焙烧得到低含氧的碳化蚕沙HCS;(3)将HCS浸渍于两种过渡金属的盐溶液的中,烘干后通过等离子体辐射的方式将过渡金属负载到碳化蚕沙上;(4)将该材料在150‑500℃下焙烧,最后得到一种双过渡金属基碳化蚕沙催化剂。本发明专利技术的双过渡金属基催化材料,成本低廉,且可减弱水蒸气对VOCs催化性能的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于挥发性有机物治理
,涉及挥发性有机化合物氧化催化剂的制备方法。
技术介绍
20世纪人类工业文明取得了空前的成就,然而人类赖以生存的地球环境也正在遭受着前所未有的破坏。环境问题正严重地威胁着人类的生存和发展而成为已经全球关注的十大问题之首。人类社会的发展与进步在满足人类生存的基本需求之后,开始更加关注大气环境的污染问题,尤其是我们赖以生存的室内环境污染也已成为21世纪人们最关心的问题之一。目前,在各种导致环境污染和被破坏的因素中,挥发性有机物(VOCs)已成为大气污染(室内外)的一个重要源头。其中,醛类VOCs(以甲醛为主)作为工业上常用的一类化学助剂,广泛存在于各种工业生产过程和渗透到日常生活环境之中。醛类的毒害作用很大,即使低浓度下(<0.1mg/m3)长期接触也会损害人体神经中枢和免疫系统,现已被国际癌症研究结构IARC列为第一致癌物,给人类健康带来极大的威胁。另外,醛类VOCs还具有较高光化学反应活性,易与臭氧和NOx发生光化学反应,形成以细颗粒为主的二次污染,从而成为一类重要前体物在复合型大气污染形成过程中起着关键作用。因此,醛类VOCs已成为一类特别值得关注并需要优先控制的VOCs对象之一,治理醛类VOCs污染已迫在眉睫。催化燃烧法是一种有效治理挥发性有机化合物污染的技术之一。但当有机废气中浓度很低时,仅依靠反应热将很难维持反应过程中所需要的温度,那么就需要另外补充一部分热能。在这种情况下应用吸附催化燃烧综合技术是一种比较合适的选择。吸附催化燃烧综合技术是将吸附和催化燃烧这两种工艺组合起来,从而可以形成新的净化系统。该技术适合于处理低浓度、大风量的废气。目前面临急迫解决的一个突出问题是,在实际工况中由于水蒸气的存在会导致催化剂活性的急剧下降而影响的降解效率,因此,研究和幵发高活性同时又具备高憎水性的非贵金属催化剂,这对于治理我国南方潮湿环境下的污染具有非常重要的意义。研究高效的催化燃烧治理污染的技术,尤其是能在较高湿度工况条件下,高效地催化氧化技术显得非常重要和迫切。而在催化燃烧技术中,高效的催化剂是核心,因此研究水蒸气对催化剂活性的影响和机理有着重要的科学意义和实际应用价值。Persson等釆用浸渍法制备了催化剂,研究了水蒸气对其催化燃烧甲焼活性的影响。研究结果发现:在温度为时,当反应体系中水蒸气浓度增至时,催化剂催化燃烧甲烧的转化率从下降到左右,转化率下降了。Kikuchi等釆用浸渍法制备的催化剂,用于对甲院进行催化氧化反应,研究发现水蒸气的存在对这三种催化剂的催化活性都有明显的负面影响,其中催化剂受到水蒸气的影响最大,甲烧在催化剂上的转化率急剧下降。
技术实现思路
一种双过渡金属基碳化蚕沙催化剂,其特征在于:所述的双过渡金属基碳化蚕沙催化剂的催化剂载体碳化蚕沙的含氧量<8.0wt%,过渡金属的含量总和在5-15wt%;所述的双过渡金属基碳化蚕沙催化剂,具有的BET比表面积为400-650m2/g;在低浓度(<800ppm)的VOCs和相对湿度大于50%时,对VOCs降解率达到90%时的温度T90<300℃。本专利技术的双过渡金属基碳化蚕沙催化剂的制备方法,包括如下步骤,(1)碳化蚕沙的制备:将蚕沙置于高温管式炉中,通保护气体吹扫后,按照2~8℃/min的升温速率将其加热到500~1000℃进行高温碳化反应得到碳化蚕沙,记为CS。(2)碳化蚕沙的H2脱氧处理:将CS置于10-30%(体积比)H2的N2气氛下在200-500℃焙烧1-5h得到低含氧的碳化蚕沙HCS;(3)将HCS浸渍于两种过渡金属的盐溶液的中,烘干后通过等离子体辐射的方式将过渡金属负载到碳化蚕沙上,制得MxM1-x-HCS1;(4)催化剂的焙烧:MxM1-x-HCS1在150-500℃下焙烧,最后得到双过渡金属基碳化蚕沙催化剂,记为:MxM1-x-HCS。作为方案的进一步优选,所述步骤(1)中高温碳化反应时间为1~8h。作为方案的进一步优选,所述步骤(3)中所述的两种过渡金属均在元素周期表的第四行,Cr、Mn、Fe、Co和Cu中的任意两种;所述的盐溶液为金属的可溶醋酸盐或硝酸盐。步骤(3)中所述的两种过渡金属盐之间的质量比为1:(1-4)。作为方案的进一步优选,所述步骤(3)中所述等离子体反应器输出电压3-9kV,辐射时间5-20min。作为方案的进一步优选,所述步骤(4)焙烧时间在1-5h。所述的挥发性有机物VOCs,按照世界卫生组织的定义沸点在50℃-250℃的化合物,室温下饱和蒸汽压超过133.32Pa,在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物。按其化学结构的不同,可以进一步分为八类:烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他。一般的挥发性有机物VOCs的主要成分有:烃类、卤代烃、氧烃和氮烃,它包括:苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。本专利技术的基本原理及构思为:步骤(1)通过高温煅烧反应得到大比表面的多孔炭载体;步骤(2)通过H2焙烧将碳化蚕沙表面的含氧基团中的氧脱出,提高载体表面的极性,弱化载体对水的强吸附力;步骤(3)通过等离子体辐射,将过渡金属元素负载到碳化蚕沙材料上;步骤(4)通过高温煅烧形成高活性催化活性点位,进而获得对低浓度和高湿度环境下VOCs气体具有高催化活性的催化剂。本专利技术具有以下有益效果:1.本专利技术所得到的双过渡金属基碳化蚕沙催化剂,所使用的载体经过H2焙烧后,表面含氧量比一般商用活性炭的含氧量低,可以显著提高载体表面的憎水性,提升催化剂整体的憎水性,削弱高湿度环境下,由于水分子竞争而导致的催化性能的大幅度下降。2.本专利技术所得到催化剂通过等离子体辐射后,所负载的过渡金属离子可以与载体形成较强的结合力,减弱催化剂使用过程中负载金属的脱落现象。3.本专利技术所得到催化剂通过低温等离子体辐射的方式进行活性组分的负载,使催化活性组分在极短的时间内生成,因此晶粒较小,催化活性增强。4.本专利技术所使用的载体是碳化蚕沙,属于废物利用,来源广泛且成本低廉,直接碳化法完成,过程简单且环保;同时,所使用的过渡金属源成本也较低廉,制备工艺简单,适合大规模工业化生产。附图说明图1是双过渡金属基碳化蚕沙催化剂的SEM。图2是双过渡金属基碳化蚕沙催化剂在不同湿度下的催化降解曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的描述,但本专利技术要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。实施例1一种双过渡金属碳化基蚕沙催化剂的制备方法,包括如下步骤,(1)碳化基蚕沙的制备在N2气氛中将10.0g原蚕沙以5℃/min的升温速率升到500℃,并在500℃下保持3h以上后降温到室温,得到碳化蚕沙,记为CS。(2)碳化基蚕沙的H2脱氧处理将0.5gCS置于10%(体积比)H2浓度的N2气氛下在200℃焙烧1.0h得到低含氧的碳化基蚕沙HCS;(3)将0.3g硝酸铜和0.3g醋酸铁溶解到30ml去离子水中,然后将0.5gHCS浸渍于它们的盐溶液的中,烘干后放入等离子体反应器中,通入N2作为改性气体,等离子体反应器输出电压3kV,辐射时间20min,得到Cu0.5Fe0.5-HCS1;(4)催化剂的焙烧:Cu0.5Fe0.5-HCS1在150本文档来自技高网
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一种<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/41/201610812004.html" title="一种双过渡金属基碳化蚕沙催化剂及其制备方法原文来自X技术">双过渡金属基碳化蚕沙催化剂及其制备方法</a>

【技术保护点】
一种双过渡金属基碳化蚕沙催化剂,其特征在于:所述的双过渡金属基碳化蚕沙催化剂的催化剂载体碳化蚕沙的含氧量<8.0wt%,过渡金属的含量总和在5‑15wt%;所述的双过渡金属基碳化蚕沙催化剂,具有的BET比表面积为400‑650m2/g。

【技术特征摘要】
1.一种双过渡金属基碳化蚕沙催化剂,其特征在于:所述的双过渡金属基碳化蚕沙催化剂的催化剂载体碳化蚕沙的含氧量<8.0wt%,过渡金属的含量总和在5-15wt%;所述的双过渡金属基碳化蚕沙催化剂,具有的BET比表面积为400-650m2/g。2.如权利要求1所述的双过渡金属基碳化蚕沙催化剂的制备方法,其特征在于:包括如下步骤,(1)碳化蚕沙CS的制备:将蚕沙置于高温管式炉中,通保护气体吹扫后,加热到500~1000℃进行高温碳化反应得到碳化蚕沙,记为CS;(2)碳化蚕沙的H2脱氧处理:将CS置于含有H2的N2气氛下,在200-500℃焙烧1-5h得到低含氧的碳化蚕沙HCS;(3)将HCS浸渍于两种过渡金属的盐溶液的中,烘干后通过等离子体辐射的方式将过渡金属负载到HCS上,制得MxM1-x-HCS1;(4)催化剂的焙烧:MxM1-x-HCS1在150-500℃下焙烧,最后得到双过渡金属基碳化蚕沙催化剂,记为:MxM1-x-HCS。3.根据权利要求2所述的双过渡金属基碳化蚕沙...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵祯霞胡鹏武阳赵钟兴
申请(专利权)人:广西大学
类型:发明
国别省市:广西;45

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