一种整体式VOCs氧化催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种整体式VOCs氧化催化剂及其制备方法。所述整体式VOCs氧化催化剂包括载体、均匀嵌入所述载体内部且在所述载体的表面上均匀分布的催化剂涂层以及在所述催化剂涂层中均匀分散的活性组分和助剂，其中所述载体为瓦楞纤维纸基材卷制或层叠形成的整体式瓦楞纤维纸载体。该催化剂制备工艺简单，成本低，易于工业化实现，且制得的整体式VOCs氧化催化剂具有优异的催化活性、热稳定性和抗水性能，几何比表面积高，催化剂密度低，是常规堇青石材质的60‑70％，可快速起燃，从而可利用催化氧化反应的快速进行。

【技术实现步骤摘要】
一种整体式VOCs氧化催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种环境催化材料及其制备方法，具体涉及一种整体式VOCs氧化催化剂及其制备方法，属于大气污染控制

技术介绍
挥发性有机污染物(VOCs)与SO2、NOx、粉尘和机动车尾气作为大气环境的重要污染物，对人体健康造成严重危害，同时是引发酸雨、O3、PM2.5等二次污染物的主要前驱体。催化-氧化法是消除工业排放VOCs的有效手段，VOCs分子被吸附在催化剂表面并被活化，在较低温度下与O2发生快速氧化反应，产物分子CO2和H2O从催化剂表面脱附，具有高效、稳定、清洁等特点。与普通热力燃烧法相比，催化剂可降低VOCs分子活化能，使其在较低温度下发生无火焰氧化反应，在较宽空气过剩系数范围内能将VOCs完全氧化。催化-氧化法的核心是催化剂，要求催化剂能够耐受高温、高含水率及宽的空气过剩系数等运行条件，还需具有一定的抗中毒性能。此外，比表面积、孔道结构与尺寸、活性金属分散度及热容是影响催化剂性能的重要参数。工程应用的催化剂以堇青石蜂窝陶瓷为载体、表面涂覆贵金属(Pt、Pd、Rh、Au等)活性组分和稀土氧化物助剂。专利CN104667947公开的区块分布式贵金属复合氧化物VOCs催化剂、专利CN102481549公开的用于破坏CO、VOC和卤化VOC的氧化催化剂，以堇青石蜂窝陶瓷为载体，涂覆涂层和贵金属活性组分沉积，涂层可提高更大的比表面积，以分散贵金属活性组分。催化剂具有较高活性，但过程复杂，工序繁多，包括涂覆-干燥-焙烧-贵金属活性组分沉积-二次干燥-二次焙烧。涂层具有多孔结构，毛细作用有利于贵金属离子的竞争吸附和富集，不易控制贵金属负载量，贵金属离子在后续干燥过程可迁移至涂层表面聚集，进一步影响活性粒子的分散和粒径控制，此外，活性粒子的聚集，及其与涂层间弱的相互作用，导致活性粒子分布不均匀、分散度降低、粒径变大，且高温下导致活性粒子迁移、聚集而影响活性。专利CN106378132公开了两种有机废气净化催化剂，一种是不同形状(球形、条状和环状)Al2O3载体在前驱体盐溶液中浸渍，负载贵金属和过渡金属氧化物；另一种是将蜂窝陶瓷在贵金属、过渡金属及助剂盐溶液中浸渍，制备涂覆型催化剂。催化剂制备过程复杂，条件需要精确控制。专利CN106732579采用真空涂覆法制备有机废气低温催化燃烧的纳米贵金属整体催化剂，采用一步法负载涂层和贵金属，将活性氧化铝、铈锆和稀土氧化物前驱体粉末与去离子水混合，球磨后加入贵金属盐溶液得到涂覆浆液，在堇青石蜂窝陶瓷表面涂覆涂层和活性组分。堇青石载体需要用硝酸预处理，工序比较复杂，不利于维持载体强度和耐久性。专利CN106540754公布的催化燃烧催化剂，以陶瓷纤维作为载体，负载涂层和贵金属活性组分。陶瓷纤维载体需经酸溶液浸泡、高温水蒸气预处理，然后分两步实施负载涂层和活性组分，催化剂对CO氧化具有较高的活性和稳定性，但过程复杂，工序繁多。此外，涂层经干燥、焙烧后形成发达的孔结构，不易控制活性组分负载量，负载贵金属活性组分易产生聚集，导致活性粒子变大，进而影响性能，高温下催化剂易烧结、失活。VOCs氧化催化剂存在制备过程复杂、工序繁多及活性组分利用率等缺点，现有催化剂主要以堇青石蜂窝陶瓷为载体，外形结构不易根据要求调整催化剂比重、热容大，起燃慢，比表面积低，降低了催化剂性能，同时增加了运行能耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种整体式VOCs氧化催化剂及其制备方法，该催化剂制备工艺简单，成本低，易于工业化实现，且制得的整体式VOCs氧化催化剂具有优异的催化活性、热稳定性和抗水性能，几何比表面积高，催化剂密度低，是常规堇青石材质的60-70％，可快速起燃，从而可利用催化氧化反应的快速进行。本专利技术提供一种整体式VOCs氧化催化剂，包括载体、均匀嵌入所述载体内部且在所述载体的表面上均匀分布的催化剂涂层以及在所述催化剂涂层中均匀分散的活性组分和助剂，其中所述载体为瓦楞纤维纸基材卷制或层叠形成的整体式瓦楞纤维纸载体。所述整体式瓦楞纤维纸载体是耐火纤维基材，其微观结构上是相互交织的网状结构。所述催化剂涂层在所述整体式瓦楞纤维纸载体上的存在形式为：嵌入到所述整体式瓦楞纤维纸载体内部和在所述整体式瓦楞纤维纸载体的表面附着。所述活性组分和所述助剂分散在所述催化剂涂层中，与所述催化剂涂层形成一种混合体系。所述整体式VOCs氧化催化剂用于VOCs有机废气的高效去除，催化剂具有优异的催化活性和热稳定性，所述催化剂涂层均匀嵌入所述整体式瓦楞纤维纸载体的相互交织的网状结构中，具有较强的结合力。进一步，所述瓦楞纤维纸基材由波纹状的瓦楞耐火纤维纸和平面状的耐火纤维纸相互粘结复合而成，通过卷制或层叠所述瓦楞纤维纸基材而形成供所述催化剂涂层和气流通过的孔道，其中所述波纹状的瓦楞耐火纤维纸由所述平面状的耐火纤维纸加工而得到。其中所述瓦楞纤维纸基材的平面状的耐火纤维纸在卷绕或者层叠的过程中可以与相邻的波纹状的瓦楞耐火纤维纸结合，从而形成孔道。进一步，所述平面状的耐火纤维纸的材质为耐高温纤维，所述耐高温纤维包括陶瓷纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、石英纤维和莫来石纤维中的一种或任意几种。进一步，所述催化剂涂层包括活性氧化铝、铈锆储氧材料和稀土氧化物，其中所述氧化铝、所述铈锆储氧材料和所述稀土氧化物按10-70：85-10：5-20的质量比混合，所述活性氧化铝为γ-Al2O3，所述铈锆储氧材料为CexZr1-xO2，其中0<x<1且所述稀土氧化物为La、Ce、Pr、Nd和Y的氧化物中的一种或任意几种。其中，所述催化剂涂层的涂覆量为80-300g/L。进一步，所述活性组分包括贵金属、贵金属的盐和贵金属的氧化物中的一种或任意几种，所述贵金属为Pd、Pt、Rh、Ru、Re、Au和Ag中的一种或任意几种，以单质金属计，所述活性组分在所述催化剂层中的负载量为10-100g/ft3。进一步，所述助剂包括第一助剂和/或第二助剂，其中所述第一助剂包括过渡金属的盐和过渡金属的氧化物中的一种或两种，所述过渡金属为Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn中的一种或任意几种，以氧化物计，所述第一助剂在所述催化剂涂层中的负载量为1-20wt％(3-60g/L)；且所述第二助剂包括碱金属的盐和碱金属的氧化物中的一种或两种，所述碱金属为Li、Na、K、Rb和Cs中的一种或任意几种，以单质金属计，所述第二助剂在所述催化剂涂层中的负载量为0.05-10wt％(0.04-3g/L)。在本专利技术中，可根据实际情况，选自使用第一助剂或者第二助剂，也可以共同使用第一助剂和第二助剂。本专利技术还提供一种整体式VOCs氧化催化剂的制备方法，其采用一步涂覆工艺，将催化剂涂层组合物、活性组分和助剂通过真空涂覆法涂覆在整体式瓦楞纤维纸载体上。进一步，包括制备整体式瓦楞纤维纸载体的步骤：将包括波纹状的瓦楞耐火纤维纸和平面状的耐火纤维纸粘结复合而成的瓦楞纤维纸基材卷制或层叠成圆柱体或立方体的整体式瓦楞纤维纸载体，其中所述瓦楞纤维纸基材由波纹状的瓦楞耐火纤维纸和平面状的耐火纤维纸相互粘结复合而成，通过卷制或层叠所述瓦楞纤维纸基材而形成供所述催化剂涂覆催化剂图层和气流通过的孔道，其中所述波纹状的瓦楞本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种整体式VOCs氧化催化剂，其特征在于，包括载体、均匀嵌入所述载体内部且在所述载体的表面上均匀分布的催化剂涂层以及在所述催化剂涂层中均匀分散的活性组分和助剂，其中所述载体为瓦楞纤维纸基材卷制或层叠形成的整体式瓦楞纤维纸载体。

【技术特征摘要】
1.一种整体式VOCs氧化催化剂，其特征在于，包括载体、均匀嵌入所述载体内部且在所述载体的表面上均匀分布的催化剂涂层以及在所述催化剂涂层中均匀分散的活性组分和助剂，其中所述载体为瓦楞纤维纸基材卷制或层叠形成的整体式瓦楞纤维纸载体。2.如权利要求1所述的整体式VOCs氧化催化剂，其特征在于，所述瓦楞纤维纸基材由波纹状的瓦楞耐火纤维纸和平面状的耐火纤维纸相互粘结复合而成，通过卷制或层叠所述瓦楞纤维纸基材而形成供所述催化剂涂覆催化剂图层和气流通过的孔道，其中所述波纹状的瓦楞耐火纤维纸由所述平面状的耐火纤维纸加工而得到。3.如权利要求2所述的整体式VOCs氧化催化剂，其特征在于，所述平面状的耐火纤维纸的材质为耐高温纤维，所述耐高温纤维包括陶瓷纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、石英纤维和莫来石纤维中的一种或任意几种。4.如权利要求1所述的整体式VOCs氧化催化剂，其特征在于，所述催化剂涂层包括活性氧化铝、铈锆储氧材料和稀土氧化物，其中所述氧化铝、所述铈锆储氧材料和所述稀土氧化物按10-70：85-10：5-20的质量比混合，所述活性氧化铝为γ-Al2O3，所述铈锆储氧材料为CexZr1-xO2，其中0<x<1且所述稀土氧化物为La、Ce、Pr、Nd和Y的氧化物中的一种或任意几种。5.如权利要求1所述的整体式VOCs氧化催化剂，其特征在于，所述活性组分包括贵金属、贵金属的盐和贵金属的氧化物中的一种或任意几种，所述贵金属为Pd、Pt、Rh、Ru、Re、Au和Ag中的一种或任意几种，以单质金属计，所述活性组分在所述催化剂的负载量为10-100g/ft3。6.如权利要求1所述的整体式VOCs氧化催化剂，其特征在于，所述助剂包括第一助剂和/或第二助剂，其中所述第一助剂包括过渡金属的盐和过渡金属的氧化物中的一种或两种，所述过渡金属为Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn中的一种或任意几种，以氧化物计，所述第一助剂在所述催化剂涂层中的负载量为1-20wt％；且所述第二助剂包括碱金属的盐和碱金属的氧化物中的一种或两种，所述碱金属为Li、Na、K、Rb和Cs中的一种或任意几种，以单质金属计，所述第二助剂在所述催化剂涂层中的负载量为0.05-10wt％。7.一种整体式VOCs氧化催化剂的制备方法，其特征在于，采用一步涂覆工艺，将催化剂涂层组合物、活性组分和助剂通过真空涂覆法涂覆在整体式瓦楞纤维纸载体上。...

【专利技术属性】
技术研发人员：展宗城，梁鹏，展飞，孟庆锐，郅立鹏，陈继朝，
申请(专利权)人：青岛华世洁环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37