一种石墨烯负载贵金属复合氧化物VOCs催化剂及制备方法技术

本发明专利技术属于环境保护技术领域，尤其涉及一种石墨烯负载贵金属复合氧化物VOCs催化剂及制备方法。本发明专利技术的技术方案为：一种石墨烯负载贵金属复合氧化物VOCs催化剂，使用石墨烯作为载体，载体的多层表面上分布有基础涂层，基础涂层材料包括TiO2、铈锆固溶体和氧化物催化剂，基础涂层材料上分布有贵金属催化剂，本发明专利技术制备的催化剂，能够使催化剂快速起燃，活性大大提高，而快速起燃后产生的燃烧热又能够促进催化反应的加快进行，所以在起燃温度、VOCs的转化率等指标上优于目前的各种催化剂。

Graphene supported noble metal composite oxide VOCs catalyst and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of environmental protection, in particular to a graphene supported noble metal composite oxide VOCs catalyst and a preparation method thereof. The technical scheme of the invention is: a graphene VOCs catalyst supported noble metal oxides, using graphene as a carrier, multi carrier based on the distribution of surface coating, base coating materials including TiO2, ceria zirconia and oxide catalyst based coating materials are distributed on the noble metal catalyst, the catalyst the preparation of the catalyst, fast burning, activity is greatly improved, and fast burning combustion heat generated can accelerate the catalytic reaction of various catalysts, so in the combustion temperature, the conversion rate of VOCs were superior to the present.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境保护
，尤其涉及一种石墨烯负载贵金属复合氧化物VOCs催化剂及制备方法。
技术介绍
VOCs(挥发性有机化合物)主要来自石油化工、化学合成、生物制药、垃圾处置、污水处理、有机溶剂、皮革、印染、化学助剂、饲料加工等行业，对人体健康及环境造成了很大的影响，是PM2.5的主要前体物。目前国家政府及环境保护部门已对其带来的环境污染问题高度重视，关于VOCs的排放标准正在不断加严。目前国内外恶臭气体治理技术主流技术为热氧化法，即利用高温燃烧、蓄热燃烧等方法对VOCs进行热氧化分解，能够比较彻底的将VOCs氧化为无害气体。鉴于气体处理的特点，需要热氧化设备能够在短时间内将VOCs充分氧化，由于高温燃烧会产生氮氧化合物、二噁英等二次污染物，所以越来越多的热氧化设备都采用了催化氧化的方式，催化剂的使用，可以大大降低反应温度，起到节约能耗和避免二次污染的作用，而催化剂在热氧化设备中起到了越来越重要的作用。目前VOCs催化剂多采用贵金属、尖晶石、钙钛矿等材料，这些材料各有利弊，如贵金属催化效果最好，但价格昂过，储备稀少，且不耐毒性，氧化物催化剂对处理的有机气体有一定的选择性，但效果相对于贵金属而言就不太稳定了。因此，合理的设计催化剂材料，使催化剂能够更有效的发挥作用，使催化效果和经济性可以达到较好的统一，以及增加催化剂的稳定性和适应性，是目前有待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有技术的不足，提供了一种石墨烯负载贵金属复合氧化物VOCs催化剂及制备方法，本技术采用热稳定性好的石墨烯作为催化剂的载体，载体的多层表面上分布有基础涂层，基础涂层材料包括TiO2、铈锆固溶体和氧化物催化剂，基础涂层材料上分布有贵金属催化剂。以此技术制备的催化剂，相比纯贵金属催化剂，可以大大降低成本，并通过将较少的贵金属合理分配到涂层的各个区域，能够对VOCs中抗氧化性较强的一些大分子起到很好的催化作用，达到快速氧化的效果。同时，将成本更低的氧化物催化剂合理分布在涂层的多层结构中去，既能起到很好的催化效果，又能降低金属Pt的使用量，进一步节约成本。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种石墨烯负载贵金属复合氧化物VOCs催化剂，使用石墨烯作为载体，载体的多层表面上分布有基础涂层，基础涂层材料包括TiO2、铈锆固溶体和氧化物催化剂，基础涂层材料上分布有贵金属催化剂，铈锆固溶体的铈锆比例为(4～6):(6～4)，氧化物催化剂材料为Mn-Cu-Fe-Co复合型氧化物，质量比为MnO:CuO:Fe2O3:Co3O4＝(3～6):(4～6):(1～3):(2～4)，TiO2、铈锆固溶体和氧化物催化剂的质量比为(10～20):(1):(3～6)。在基础涂层制备过程中，氧化物催化剂与氧化铝充分混合，分布均匀并深入其多层结构，基础涂层厚度为0.4～0.5mm。基础涂层材料上分布有贵金属催化剂，贵金属催化剂更多分布和富集在基础涂层的表层位置。本专利技术所述的贵金属催化剂材料为金属铂Pt。一种石墨烯负载贵金属复合氧化物VOCs催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)制备基础涂层浆料：氧化物催化剂材料、TiO2和铈锆固溶体按质量比混合，并加入清水进行8～12小时研磨，研磨浆料的固含量为20％～40％，粉末粒径为10～20μm；2)涂敷基础涂层：用石墨烯作为载体，将载体浸渍在基础涂层的浆料中，使浆料分布在石墨烯载体的表面，并用0.1MPa的压缩空气吹去石墨烯表面的多余浆料，经140℃干燥3小时，500℃焙烧3～4小时；3)涂敷贵金属催化剂涂层：将上一步制成的半成品浸入质量浓度为1％的硝酸铂溶液中，浸渍1min后取出，用0.1MPa的压缩空气吹去石墨烯表面多余液体，再在110℃干燥3小时，600℃焙烧4～5小时，冷却，得到催化剂最终产品。贵金属含量达到0.3～0.6g/L，涂层厚度忽略不计。本专利技术采用分步式涂敷工艺，达到催化剂区块分布的目的，氧化物催化剂更多的分布在高比表面积涂层材料的层间和底层，针对更容易扩散的小分子VOCs进行催化，贵金属催化剂更多的富集在涂层材料的表面，针对不容易扩散的大分子VOCs进行催化。两种催化剂的复合作用，既能降低贵金属使用量，又能达到很好的催化效果。本专利的贵金属催化剂材料选用金属铂Pt，相比于目前的Pd-Pt系贵金属，材料单价降低80％，而氧化性更好，起燃温度更低，氧化物催化剂选用Mn-Cu-Fe-Co复合型氧化物，对不同的VOCs适应性更强。合理的涂敷工艺是将不同催化剂材料进行区块分布的关键，本专利技术专利的催化剂采用分步涂敷工艺：首先，氧化物催化剂材料在基层材料的研磨过程中一并加入并共同研磨，从而在基础涂层的多层结构中充分导入氧化物催化剂，研磨后的浆料通过浸渍法分布在石墨烯载体的层间和表面，浸渍后的载体通过烘干和焙烧。然后，贵金属催化剂材料浸渍导入涂层材料，更多的富集在涂层的表面。本专利技术的有益效果是：本专利技术制备的催化剂，少量的贵金属催化剂富集在涂层表面和浅层，能够使催化剂快速起燃，活性大大提高，而快速起燃后产生的燃烧热又能够促进催化反应的加快进行，所以在起燃温度、有机气体的转化率等指标上优于目前的各种催化剂。在表层没有完全氧化的大分子气体，其不完全反应产生的小分子气体，以及VOCs中的其他小分子气体，可以扩散进入涂层底层和层间空间，由氧化物催化剂进行催化氧化反应。本专利技术通过合理的设计催化剂材料，能够使VOCs气体在短时间内和小空间内快速起燃并充分反应，达到净化气体的目的，本专利技术的催化剂技术，可应用在化工、涂装、印刷、印染等等相关领域的VOCs热氧化处理设备上，上述技术，兼顾了催化剂成本和性能，取得了满意的效果。具体实施方法实施例1一种石墨烯负载贵金属复合氧化物VOCs催化剂，使用石墨烯作为载体，载体的多层表面上分布有基础涂层，基础涂层材料包括TiO2、铈锆固溶体和氧化物催化剂，基础涂层材料上分布有贵金属催化剂。铈锆固溶体的铈锆比例为4:6，氧化物催化剂材料为Mn-Cu-Fe-Co复合型氧化物，其总含量为15g/L，质量比为MnO:CuO:Fe2O3:Co3O4＝3:4:1:2。TiO2、铈锆固溶体和氧化物催化剂的质量比为10:1:3，在基础涂层制备过程中，氧化物和氧化铝充分混合，分布均匀并深入层间结构，基础涂层的厚度为0.3～0.4mm基础涂层材料上分布有贵金属催化剂，贵金属更多分布在基础涂层的表层位置，含量0.3g/L，本专利技术所述的贵金属材料为金属铂Pt。一种石墨烯负载贵金属复合氧化物VOCs催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)制备基础涂层浆料：氧化物催化剂材料、TiO2和铈锆固溶体按质量比混合，并加入清水进行8～12小时研磨，研磨浆料的固含量为20％～40％，粉末粒径为10～20μm；2)涂敷基础涂层：用石墨烯作为载体，将载体浸渍在基础涂层的浆料中，使浆料分布在石墨烯载体的表面，并用0.1MPa的压缩空气吹去石墨烯表面的多余浆料，经140℃干燥3小时，500℃焙烧3～4小时；3)涂敷贵金属催化剂涂层：将上一步制成的半成品浸入质量浓度为1％的硝酸铂溶液中，浸渍1min后取出，用0.1MPa的压缩空气吹去石墨烯表面多余液体，再在110℃干燥3小时，600℃焙烧4～5小时，冷却，得到催本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯负载贵金属复合氧化物VOCs催化剂，其特征在于：使用石墨烯作为载体，载体的多层表面上分布有基础涂层，基础涂层材料包括TiO2、铈锆固溶体和氧化物催化剂，基础涂层材料上分布有贵金属催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯负载贵金属复合氧化物VOCs催化剂，其特征在于：使用石墨烯作为载体，载体的多层表面上分布有基础涂层，基础涂层材料包括TiO2、铈锆固溶体和氧化物催化剂，基础涂层材料上分布有贵金属催化剂。2.根据权利要求书1所述的石墨烯负载贵金属复合氧化物VOCs催化剂，其特征在于：所述铈锆固溶体的铈锆比例为(4～6):(6～4)。3.根据权利要求书1所述的石墨烯负载贵金属复合氧化物VOCs催化剂，其特征在于：所述的氧化物催化剂材料为Mn-Cu-Fe-Co复合型氧化物，质量比为MnO:CuO:Fe2O3:Co3O4＝(3～6):(4～6):(1～3):(2～4)。4.根据权利要求书1所述的石墨烯负载贵金属复合氧化物VOCs催化剂，其特征在于：TiO2、铈锆固溶体和氧化物催化剂的质量比为(10～20):(1):(3～6)。5.根据权利要求书1所述的石墨烯负载贵金属复合氧化物VOCs催化剂，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：银凤翔，刘宁，赵心然，何小波，李国儒，
申请(专利权)人：北京化工大学常州先进材料研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32