一种脱除烟气中一氧化碳用催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种脱除烟气中一氧化碳用催化剂，该催化剂以生物质活性炭为载体，其上负载有活性组分金微米花；生物质活性炭的粒度为0.25‑0.425mm；活性组分金微米花为载体质量的0.4%‑2.5%；生物质活性炭以椰子壳为原料制备得到。本发明专利技术制备得到的催化剂在低温下具备较高活性，且制备工艺条件温和，方法简单，操作安全，易于实施。

A catalyst for removing carbon monoxide from flue gas and its preparation method

The invention discloses a catalyst for removing carbon monoxide from flue gas. The catalyst takes biomass activated carbon as carrier, and is loaded with active component gold microflowers; the particle size of biomass activated carbon is 0.25 0.425 mm; the mass of active component gold microflowers is 0.4 2.5%; and the biomass activated carbon is prepared from coconut shell. The catalyst prepared by the invention has high activity at low temperature, mild preparation process conditions, simple method, safe operation and easy implementation.

【技术实现步骤摘要】
一种脱除烟气中一氧化碳用催化剂及其制备方法
本专利技术属于催化剂领域，具体涉及一种生物质活性炭负载金微米花脱除烟气一氧化碳用催化剂及其制备方法。
技术介绍
一氧化碳是一种典型的易燃、易爆、有毒化合物，是许多工业环境和室内环境空气中的首要污染物。一氧化碳与人体血红蛋白的结合能力是氧的250倍，因而能阻止血红蛋白向人体组织输送吸收到的氧气。当空气中一氧化碳的含量超过30mg/m3时就会对人体有毒害作用。因此，实现低温条件下一氧化碳的消除具有重要的实际意义。此外，一氧化碳的低温消除还有很广泛的应用，如燃煤烟气中一氧化碳、化工企业中有机废气物焚烧过程中产生的一氧化碳，冶金工业中炼焦、炼铁过程中产生的一氧化碳，使用柴油、汽油的内燃机在运行过程中产生的一氧化碳。由此可见，一氧化碳的低温消除涉及能源、环境、健康和安全等多个领域。在众多的一氧化碳消除方法中，催化氧化法因其操作温度低、燃烧效能高、环境友好等特点被认为是最有效的一种途径。目前用于CO催化氧化的催化剂主要有三种类型：非贵金属氧化物型、钙钛矿氧化物型和贵金属型催化剂。用于CO低温氧化的非贵金属氧化物催化剂主要是霍加拉特（Hopcalite），它是一种以CuO-MnOx为主要成分的符合氧化物催化剂，该催化剂是一种无载体型催化剂，在室温环境下能有效地脱除CO，催化剂表面的晶格氧直接参与反应，与优先吸附于催化剂表面上且被活化的CO分子反应，反应造成的晶格氧缺位通过空气中的氧吸附于催化剂表面并成为晶格氧而得到补充。该催化剂的优点是成本较低，缺点是抗湿能力差，易失活。非贵金属氧化物氧化钴也具有较高的CO低温催化氧化活性，以硝酸钴为前驱物，采用氢氧化钠为沉淀剂，但制备过程中使用十二烷基磺酸钠作为表面活性剂才能获得高的低温活性。通过沉淀氧化法制备的氧化钴催化剂用于CO催化氧化的最低温度为98℃，并且制备过程中需要加入双氧水作为氧化剂。对于CO催化氧化反应，钙钛矿氧化物型催化剂也有较多报道。中国专利CN1058357A公开的钙钛矿型稀土复合氧化物，直接负载在以莫来石为主要物相的载体上，在CO浓度为1%，空速为60000h-1的条件下，反应温度为250℃时CO的转化率达99%。可见，钙钛矿型氧化物用于CO催化氧化一般需要较高的反应温度。与非贵金属催化剂相反，金、钯等贵金属催化剂的活性和稳定性较好，但成本高。近年来，人们开始关注贵金属和某些过渡金属之间的相互协同作用以改善催化剂性能，并降低催化剂成本。但这类催化剂负载的活性组分分布不均匀，导致其活性不高且性能不稳定，从而限制了其应用领域。中国专利CN105312064B公开的Pd-Ag/CeO2-ZrO2-Y2O3催化剂，其在140℃条件下CO脱除率达到95%，但只能用于低CO浓度条件下（200ppm），限制了催化剂在工业条件下的应用。中国专利CN104857957A公开的花球状氧化铈负载金纳米颗粒催化剂，在25~60℃温度范围内CO脱除效率达到99%，但其金负载量为1%~4%，且载体为微米级别的花球状，活性组分为金纳米颗粒，反应后金纳米颗粒易于团聚，造成活性下降，使用寿命缩短，同样限制了其应用领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种在较低温度下即具有较好催化效果的材料。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种脱除烟气中一氧化碳用催化剂，该催化剂以生物质活性炭为载体，其上负载有活性组分金微米花；生物质活性炭的粒度为0.25-0.425mm；活性组分金微米花为载体质量的0.4%-2.5%；生物质活性炭以椰子壳为原料制备得到。优选的，金微米花为载体质量的1.96%-2.45%。上述载体生物质活性炭通过以下方法制备：取椰子壳粉碎至粒度为0.250-0.425mm，置入氮气作保护气氛的气氛炉中在500℃下焙烧2h得到生物质碳，然后称取与椰子壳等重量的NaOH，将其溶解于超纯水中并与焙烧得到的生物质碳搅拌12h后，置于80℃鼓风干燥箱中保温干燥，再将吸附有NaOH的生物质碳置入氮气作保护气氛的气氛炉中在700℃下焙烧2h进行活化，得到生物质活性炭，最后依次用盐酸和超纯水洗涤后置于80℃鼓风干燥箱中保温干燥，得到生物质活性炭载体。本专利技术还提供了上述催化剂的制备方法，该催化剂通过以下方法制备：（1）活性组分前驱体溶液的制备：取氯金酸，加入超纯水溶解并利用超声振荡直至溶液呈澄清透明状，制备得到活性组分前驱体溶液；（2）载体的改性：取形貌控制剂氟化钠，加入超纯水制得氟化钠溶液，与生物质活性炭载体混合，浸渍2h后置于80℃鼓风干燥箱中保温干燥，得到吸附有形貌控制剂的生物质活性炭载体；其中形貌控制剂氟化钠的质量为生物活性炭载体质量的1%；（3）还原剂溶液的制备：取硼氢化钠，加入超纯水溶解并利用超声振荡直至溶液呈澄清透明状，得到还原剂溶液；（4）活性组分负载：将步骤(1)制得的活性组分前驱体溶液和步骤(2)制得的吸附有形貌控制剂的生物质活性炭载体混合，并加入超纯水搅拌2～3h，然后加入步骤(3)制得的还原剂硼氢化钠溶液，搅拌反应完全后，过滤并放于100°C鼓风干燥箱中保温干燥即得所述催化剂。更为具体的：（1）活性组分前驱体溶液的制备：取氯金酸，加入超纯水溶解并利用超声振荡直至溶液呈澄清透明状，得到浓度为100mM的溶液；（2）载体的改性：取形貌控制剂氟化钠，加入超纯水制得浓度为10-30g/L的氟化钠溶液，与生物质活性炭载体混合，浸渍2h后置于80℃鼓风干燥箱中保温干燥，得到吸附有形貌控制剂的生物质活性炭载体；其中形貌控制剂氟化钠的质量为生物活性炭载体质量的1%；（3）还原剂溶液的制备：取硼氢化钠，加入超纯水溶解并利用超声振荡直至溶液呈澄清透明状，得到浓度为1M的溶液；（4）活性组分负载：将步骤(1)制得的活性组分前驱体溶液和步骤(2)制得的吸附有形貌控制剂的生物质活性炭载体混合，并加入超纯水搅拌2～3h，然后加入步骤(3)制得的还原剂硼氢化钠溶液，搅拌反应完全后，过滤并放于100°C鼓风干燥箱中保温干燥即得所述催化剂。与现有的一氧化碳消除催化剂相比，本专利技术具有以下优点：1）本催化剂低温下活性高，80°C时一氧化碳脱除效率>85%，120°C时一氧化碳脱除效率达到100%；2）本催化剂中通过形貌控制剂氟化钠对载体生物质活性炭改性处理，既克服了单一载体制备的催化剂活性中心分布不均匀的问题，同时控制合成活性组分金的形貌为微米花，提高了催化剂的性能；3）本催化剂中载体为生产生活中废弃的椰子壳，同时金微米花含量低，克服了催化剂成本高、应用范围窄的局限；4）本催化剂中金微米花和生物质活性炭稳定性好，耐酸耐碱性强，机械强度高；5）本催化剂制备工艺条件温和，方法简单，操作安全，易于实施。附图说明图1～5分别为实施例1～5所制备的催化剂微观形貌SEM图；图4也作摘要附图。图6为对比例1所制备的催化剂微观形貌SEM图；图7为对比例2所制备的催化剂微观形貌SEM图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1本专利技术催化剂制备：(1)活性组分前驱体溶液的制备称取0.0340g氯金酸，加入1mL超纯水溶解并利用超声振荡直至溶液呈澄清透明状，得到浓度为100mM的氯金酸溶液，取100μL溶液作为前驱体溶液备用；(2)载体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脱除烟气中一氧化碳用催化剂，其特征在于，所述催化剂以生物质活性炭为载体，其上负载有活性组分金微米花；所述生物质活性炭的粒度为0.25‑0.425mm；所述活性组分金微米花为载体质量的0.4%‑2.5%；所述生物质活性炭以椰子壳为原料制备得到。

【技术特征摘要】
1.一种脱除烟气中一氧化碳用催化剂，其特征在于，所述催化剂以生物质活性炭为载体，其上负载有活性组分金微米花；所述生物质活性炭的粒度为0.25-0.425mm；所述活性组分金微米花为载体质量的0.4%-2.5%；所述生物质活性炭以椰子壳为原料制备得到。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述金微米花为载体质量的1.96%-2.45%。3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述载体生物质活性炭通过以下方法制备：取椰子壳粉碎至粒度为0.250-0.425mm，置入氮气作保护气氛的气氛炉中在500℃下焙烧2h得到生物质碳，然后称取与椰子壳等重量的NaOH，将其溶解于超纯水中并与焙烧得到的生物质碳搅拌12h后，置于80℃鼓风干燥箱中保温干燥，再将吸附有NaOH的生物质碳置入氮气作保护气氛的气氛炉中在700℃下焙烧2h进行活化，得到生物质活性炭，最后依次用盐酸和超纯水洗涤后置于80℃鼓风干燥箱中保温干燥，得到生物质活性炭载体。4.根据权利要求1至3任一所述催化剂的制备方法，其特征在于，所述催化剂通过以下方法制备：（1）活性组分前驱体溶液的制备：取氯金酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏源，薛建明，唐仲恺，
申请(专利权)人：国电科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32