氧化铝载Pd催化剂及其制备方法和在去除大气中异丙醇中的应用技术

本发明专利技术公开了一种氧化铝载Pd催化剂，催化剂载体为无定型具有有序介孔的大比表面积氧化铝，Pd的负载量可调。本发明专利技术还公开了该催化剂的制备方法，用蒸发诱导自组装法制备有序介孔氧化铝载体后，通过NaBH4还原法负载Pd。本发明专利技术还公开了催化剂在去除大气中异丙醇中的应用，先用H2进行还原处理，接着反应气体采用模拟空气O2与N2体积比3:7，总流量100ml/min，反应是在高空速60000ml/h下进行，反应的T50是206℃，T90是234℃，在240℃即可实现异丙醇的完全转化。本发明专利技术操作简单，效果明显，无二次污染，用于去除大气中异丙醇具有良好的经济和环境效益。

【技术实现步骤摘要】
氧化铝载Pd催化剂及其制备方法和在去除大气中异丙醇中的应用
本专利技术属于涉及大气中VOCs处理
，尤其涉及一种氧化铝载Pd催化剂及其制备方法和在去除大气中异丙醇中的应用。
技术介绍
异丙醇(又名2-丙醇)是一种无味透明液体，沸点是82.5℃，是一种挥发性有机化合物(VOC)，异丙醇作为典型的VOCs之一被广泛用作溶剂和清洗液，包括溶解亲脂性污染物和清洁电子设备，不仅可用作工业原料，还可用作脱水剂、防冻剂、防腐剂和干喷射装置上等。但是它对人体健康造成有害影响，例如引起人体上呼吸道轻度刺激，对眼睛、中枢神经系统等造成危害。目前治理异丙醇污染长期采用燃烧技术，而燃烧分为直接燃烧和催化燃烧。直接燃烧尽管工艺简单，却需要800-900℃的高温，易形成有害的二次污染物如氮氧化物、二噁英等。催化燃烧可以显著降低燃烧温度，大概分布在100-500℃，它具高效、低能、环境友好等优势，因此在VOCs净化中作为主要技术。而催化燃烧的核心是催化剂，因此开发高性能的催化剂是催化燃烧的研究重点。有序介孔氧化铝具有孔径均一可调、内表面易于修饰、比表面积大、水、热稳定性好，骨架结构稳定，易于掺杂其他组分的优点，目前由各方法制备的有序介孔氧化铝作为催化剂载体已广泛用于CH4干蒸汽重整、丙烷脱氢、汽车尾气燃烧等方面，但目前将有序介孔氧化铝用于异丙醇的催化燃烧还鲜见报道。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种氧化铝载Pd催化剂和其制备方法。本专利技术的目的还在于提供上述氧化铝载Pd催化剂在去除大气中异丙醇中的应用。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种氧化铝载Pd催化剂，所述催化剂中的氧化铝载体为无定型大比表面积有序介孔氧化铝，介孔氧化铝载体的比表面积为190-250m2/g，介孔氧化铝载体经过Co改性；所述催化剂为贵金属负载型催化剂，Pd通过NaBH4还原负载在介孔氧化铝载体上，Pd占介孔氧化铝载体的0.5-1wt.％。进一步地，所述介孔氧化铝载体的比表面积为214m2/g；Pd占介孔氧化铝载体的0.5wt.％，Co占介孔氧化铝载体的5wt.％。一种氧化铝载Pd催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)一步法制备Co改性的介孔氧化铝载体：室温下，将聚(乙二醇)-block-聚(丙二醇)-block-聚，即P123，溶于无水乙醇中，再加入HNO3、异丙醇铝和硝酸钴，将混合溶液搅拌5h，再在60℃下干燥48h，将最终凝胶以2℃/min加热至700℃焙烧4h，制得所述Co改性的介孔氧化铝载体；(2)利用NaBH4还原法在上述介孔氧化铝载体上负载Pd：将PVA与PdCl2溶液冰浴下搅拌，再加入NaBH4溶液和所述Co改性的介孔氧化铝载体搅拌2h，水洗过滤，最后经80℃、12h烘干，最终制得所述氧化铝载Pd催化剂。进一步地，所述步骤(1)中，反应混合物异丙醇铝/P123/Et-OH/HNO3的摩尔比为0.027/0.0005/1/0.1。进一步地，所述步骤(1)中：室温下，将4gP123用作软模板溶于80ml无水乙醇中，加6.4mlHNO3调节溶液的pH值，随后将36mmol作为铝源的异丙醇铝及负载量达5wt.％的硝酸钴加入到上述溶液中，得到混合溶液。进一步地，所述步骤(2)中，PVA的质量为Pd的质量的1.5倍，NaBH4的摩尔质量是Pd的摩尔质量的5倍；Pd占介孔氧化铝载体的0.5-1wt.％。更进一步地，将3.75mg的PVA与0.424ml的5.9g/L的PdCl2溶液冰浴下搅拌20min，再加入3.79g/L的NaBH4溶液和0.5g的所述Co改性的介孔氧化铝载体。一种氧化铝载Pd催化剂的应用，所述催化剂用于去除大气中的异丙醇。进一步地，所述催化剂在去除异丙醇前需进行H2还原处理，所述还原处理：在H2流量为40ml/min的气氛下300℃还原2小时。进一步地，氧化铝载Pd催化剂去除大气中异丙醇的条件为：在固定床微型反应器中，反应气体采用O2与N2体积比为3:7，总流量为100ml/min进行催化燃烧去除异丙醇，在高空速60000ml/h下进行；反应的T50是206℃，T90是234℃，在240℃即可实现异丙醇的完全转化。进一步地，所述异丙醇的初始浓度为500ppm；所述氧化铝载Pd催化剂的使用量是100mg。氧化铝载Pd催化剂去除大气中异丙醇的催化性能，随着载体种类、Pd负载方法、载体是否改性及Pd的负载量的不同而不同。一般情况下，有序介孔氧化铝载体要比γ-Al2O3具有更好的催化活性；NaBH4还原的方法要优于浸渍的方法；Co改性的介孔氧化铝载体比纯的介孔氧化铝的催化活性高；另外，在纯的介孔氧化铝表面适当减少Pd的负载量，即在0.5wt.％时仍能保持其较高的催化活性。反应前后的产物用气相色谱来监测。本专利技术用上述氧化铝载Pd催化剂达到去除大气中异丙醇的目的，本专利技术操作简单，有序介孔氧化铝载体OMA的比表面积较大，有较多的孔道，Pd分散良好，且载体产率约为54％。另外，去除效果明显，对于500ppm异丙醇，在206℃即实现了50％的转化率，该反应活性效果高于同行业较多数催化剂活性效果。反应最终产物是CO2和H2O，无二次污染，具有良好的经济和环境效益。附图说明图1是本专利技术催化剂催化转化异丙醇反应的活性图；图2是本专利技术介孔氧化铝载体OMA的TEM图；图3是本专利技术用NaBH4还原法制备的0.5Pd/5Co-OMA催化剂的TEM图；图4是本专利技术介孔氧化铝载体OMA的XRD图；图5是本专利技术部分介孔氧化铝载Pd催化剂及粉末γ-Al2O3载Pd催化剂的XRD图。具体实施方式本实施例的氧化铝载Pd催化剂，具体表征如图5所示，其衍射峰为Al2O3相，没有检测到Pd或Co物种的衍射峰，表明这些物种元素在Al2O3上高度分散；催化剂中的氧化铝载体为无定型大比表面积有序介孔氧化铝(如图2所示)，图中显示其为具有P6mm六角对称的有序介孔结构，氧化铝载体的比表面积为190-250m2/g；如图4所示，其晶型为一种无定型结构。氧化铝载Pd催化剂的具体制备方法是：室温下，4gP123溶于80ml乙醇，加6.4mlHNO3、36mmol异丙醇铝、加入或不加入负载量达5wt％的硝酸钴，将混合溶液搅拌5h，然后在60℃下干燥48h，将最终凝胶在马弗炉中在空气气氛下以2℃/min加热至700℃焙烧4h，制得介孔氧化铝载体；然后分别将1.9mg、3.8mg、5.6mg、7.5mg的PVA分别与0.212ml、0.424ml、0.636ml、0.847ml的5.9g/L的PdCl2溶液冰浴下搅拌20min，再加入3.79g/L的NaBH4溶液、0.5g的制得的介孔氧化铝载体，以上溶液再搅拌2h，水洗过滤，最后经80℃，12h烘干，最终制得氧化铝载Pd催化剂。优选的是，加入负载量达5wt％的硝酸钴且加入5.9g/L的PdCl2溶液的量为0.424ml，其余条件不变制得的0.5Pd/5Co-OMA催化剂。所述氧化铝载Pd催化剂在去除大气中异丙醇中的应用，所述氧化铝载Pd催化剂去除大气中异丙醇的方法：首先，将制备的氧化铝载Pd催化剂在流量为40ml/min的H2气氛下300℃还原2h；之后在固定床微型反应器中，反应气体采用模拟空气O2与N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铝载Pd催化剂，其特征在于，所述催化剂中的氧化铝载体为无定型大比表面积有序介孔氧化铝，介孔氧化铝载体的比表面积为190‑250m2/g，介孔氧化铝载体经过Co改性；所述催化剂为贵金属负载型催化剂，Pd通过NaBH4还原负载在介孔氧化铝载体上，Pd占介孔氧化铝载体的0.5‑1wt.％。

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝载Pd催化剂，其特征在于，所述催化剂中的氧化铝载体为无定型大比表面积有序介孔氧化铝，介孔氧化铝载体的比表面积为190-250m2/g，介孔氧化铝载体经过Co改性；所述催化剂为贵金属负载型催化剂，Pd通过NaBH4还原负载在介孔氧化铝载体上，Pd占介孔氧化铝载体的0.5-1wt.％。2.根据权利要求1所述的一种氧化铝载Pd催化剂，其特征在于，所述介孔氧化铝载体的比表面积为214m2/g；Pd占介孔氧化铝载体的0.5wt.％，Co占介孔氧化铝载体的5wt.％。3.权利要求书1所述的一种氧化铝载Pd催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)一步法制备Co改性的介孔氧化铝载体：室温下，将聚(乙二醇)-block-聚(丙二醇)-block-聚，即P123，溶于无水乙醇中，再加入HNO3、异丙醇铝和硝酸钴，将混合溶液搅拌5h，再在60℃下干燥48h，将最终凝胶以2℃/min加热至700℃焙烧4h，制得所述Co改性的介孔氧化铝载体；(2)利用NaBH4还原法在上述介孔氧化铝载体上负载Pd：将PVA与PdCl2溶液冰浴下搅拌，再加入NaBH4溶液和所述Co改性的介孔氧化铝载体搅拌2h，水洗过滤，最后经80℃、12h烘干，最终制得所述氧化铝载Pd催化剂。4.根据权利要求书3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，反应混合物异丙醇铝/P123/Et-OH/HNO3的...

【专利技术属性】
技术研发人员：万海勤，徐丽霞，仇昊，孙敬雅，李明会，侯吉妃，刘慧，翁小玉，许昭怡，郑寿荣，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32