一种催化氧化催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种催化氧化催化剂的制备方法，包括（1）将氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、酸、水、有机溶剂助剂混合在一起，然后将混合液进行球磨，得到涂敷浆液；（2）将堇青石蜂窝陶瓷基体浸渍在涂敷浆液中，取出后吹去残液，干燥、焙烧，得到负载氧化铝涂层的堇青石蜂窝陶瓷载体；（3）将得到的载体浸渍到含活性金属助剂的盐溶液中，所述活性金属助剂为Ce、Zr、La、Mn等中的一种或几种，取出后吹去残液，干燥、焙烧；（4）最后浸渍贵金属活性组分Pt和/或Pd，浸渍好后取出吹去残液，干燥、焙烧。本发明专利技术方法制备的催化氧化催化剂具有挥发性有机物起燃温度低、活性高、稳定性好等特点，特别适用于含苯系物有机废气的催化氧化处理。

【技术实现步骤摘要】
一种催化氧化催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于大气污染防治领域，具体涉及一种催化氧化催化剂及其制备方法和应用，特别适用于含苯系物有机废气的催化氧化处理。
技术介绍
含挥发性有机物（VOCs）的废气主要来源为石油加工、精细化工、印刷、喷漆喷涂等行业的工业生产车间，日常生活中汽车尾气中也含有挥发性有机物。由于挥发性有机物成分复杂，包括醇、醛类，烃类，苯系物等，一方面对人体有害，影响正常的生理机能；另一方面，有报道称VOCs中许多物质是雾霾天气的重要前驱体。例如今年新颁布的《GB31570-2015石油炼制工业污染物排放标准》和《GB31571-2015石油化学工业污染物排放标准》，以及2015年10月1日起，我国将在石油化工行业和包装印刷行业开展大气排放挥发性有机物排污收费试点，这些新的环境标准和政策法规的颁布实施，对含有挥发性有机物的废气治理提出了更高的要求。目前处理含挥发性有机物（VOCs）的废气有多种方法，对于高浓度有机废气常采用冷凝、吸附、吸收等方法回收，以降低尾气中的有机物浓度，然后再通过直接焚烧、蓄热燃烧、催化氧化等方法进一步深度处理。CN01121765.0公开了一种负载型贵金属完全燃烧催化剂及其制备方法，催化剂的组成为碱土金属1～60wt%、贵金属0.2～5wt%、Al2O340～99wt%，催化剂各组分前驱物形态为各金属元素的可溶性无机盐或有机盐，原料中须不含卤素。该催化剂的制备方法如下：1)将碱土金属、Al的前驱物按照上述配比同时溶解于水或醇，制成金属混盐溶液；将(NH4)2CO3制成水溶液，用作沉淀剂；金属混盐与沉淀剂在激烈搅拌下共同滴入容器中，形成白色凝胶状沉淀，在沉淀反应进行时，体系始终维持在PH＝7～12，温度恒定在30～80℃，沉淀陈化0.5～48小时后，用蒸馏水或乙醇洗脱无机阴离子，滤饼在110℃干燥1～24小时，并于500～1200℃煅烧1～24小时，得到催化剂载体粉末；或按催化剂组分配比将γ-Al2O3粉末以饱和法浸渍碱土金属的溶液，再经110℃干燥后，于500～1000℃煅烧1～24小时，得到催化剂载体；或采用液相混合的办法，将碱土金属、Al的前驱物盐按照催化剂组分配比制成金属混盐溶液，在搅拌的条件下，以加热的方式蒸干混盐溶液的溶剂，得到金属混盐粉末，金属混盐粉末经研磨后，于500～1000℃煅烧1～24小时，得到催化剂载体粉末；2)载体粉末以饱和法浸渍Pd的盐溶液，Pd的负载量在0.2～5wt.％之间，浸渍体系经110℃干燥后，于800℃煅烧0.5～24小时，得到催化剂粉末；3)催化剂粉末经过压片，破碎，筛分，制成颗粒状催化剂，或采用挤条、涂镀等方法进行成型。该催化剂能够在284～350℃点燃反应，具有可在较宽的温度和空速范围内使用、稳定性好、寿命长等优点。但是，该催化剂的起燃温度为284℃以上，并且受制于结构特点，颗粒状催化剂在使用过程中对废气的阻力较大，流程压降较大。CN102441379A公开了一种催化燃烧催化剂及制备方法，该催化燃烧催化剂以蜂窝陶瓷为载体，蜂窝陶瓷载体表面依次有SiO2涂层和CeO2涂层，按涂层的总重量计，涂层中含有重量百分含量为80%～95%的活性SiO2，5%～20%的CeO2，在涂层表面负载有Pt、Zr、La金属元素活性组分，Pt、Zr、La金属元素摩尔比为0.1～1∶1.5～4.5∶1.5～4，贵金属Pt活性组分的担载量为每升催化剂0.2～3.5g。其制备方法包括载体预处理过程、溶胶配制过程、载体溶胶涂层、金属活性组分负载过程。该催化燃烧催化剂在处理有机废气的催化燃烧过程中具有很高的涂层牢固度和高温活性稳定性，且对不同的高温高空速废气均有很好的处理效果。但是该催化剂贵金属含量较高，同时为了达到较高的活性，反应温度相对较高（300℃）。以上所述有机废气催化燃烧催化剂大都采用蜂窝载体、浆液涂层和贵金属浸渍法制备，贵金属作为活性组分的催化燃烧催化剂具有活性高的优点，对普通有机废气具有很高去除率。但是，上述催化剂仍然存在起燃温度高，稳定性差等不足。因此，为了能够降低有机废气催化氧化的分解温度，提高催化氧化装置的节能水平，保证催化氧化反应能够在较低温度条件下高效进行，开发出结合牢固的高活性、高稳定性、反应温度底的催化燃烧催化剂具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种催化氧化催化剂及其制备方法和应用。本专利技术方法制备的催化氧化催化剂具有挥发性有机物起燃温度低、活性高、稳定性好等特点，特别适用于含苯系物有机废气的催化氧化处理。本专利技术催化氧化催化剂的制备方法，包括如下内容：（1）将氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、酸、水、有机溶剂助剂混合在一起，然后将混合液进行球磨，得到涂敷浆液；（2）将堇青石蜂窝陶瓷基体浸渍在涂敷浆液中，浸渍好后取出吹去残液，干燥、焙烧，得到负载氧化铝涂层的堇青石蜂窝陶瓷载体；（3）将步骤（2）得到的载体浸渍到含活性金属助剂的盐溶液中，所述活性金属助剂为Ce、Zr、La、Mn等中的一种或几种，浸渍好后取出吹去残液，干燥、焙烧；（4）最后浸渍贵金属活性组分Pt和/或Pd，浸渍好后取出吹去残液，干燥、焙烧，即制得催化氧化催化剂。本专利技术中，步骤（1）所述的涂覆浆液中，以浆液的质量计，各物质的质量分数为：氧化铝20%-35%，铈锆粉末1.2%-3%，拟薄水铝石3%-6%，酸：1.5%-3.5%，水60%-80%，有机助剂0.2%-2%。本专利技术中，步骤（1）所述的氧化铝为γ-氧化铝，更优选为纳米级γ-氧化铝。铈锆粉中Ce和Zr的质量比为1:2-2:1。所述的酸为硫酸、硝酸、柠檬酸和醋酸等中的一种或几种。所述的有机助剂为聚丙烯酸铵、聚乙烯醇、尿素等中的一种或几种。所述的球磨时间为4-8小时，得到固含量为15wt%-40wt%涂敷浆液，其中固体物质的平均粒径为5-15微米。涂覆浆液的pH值为3.2-4.2，25℃时粘度为15-100mPa·s。本专利技术中，步骤（2）堇青石蜂窝陶瓷基体在涂覆氧化铝涂层前，采用pH为1-3的酸溶液清洗，除去表面的杂质，然后使用压缩空气吹扫，在105-120℃烘干5-10小时。本专利技术中，步骤（2）将堇青石蜂窝陶瓷基体在涂敷浆液中浸渍3-10min后取出，吹去残液，干燥、焙烧，根据催化剂对载体上量或比表面积的需要，此过程可重复1-3次，从而得到负载氧化铝涂层的堇青石蜂窝陶瓷载体。本专利技术中，进一步地，在步骤（2）的涂敷浆液中加入离子液体，所述的离子液体中阳离子为[emim]+或[bmim]+中的一种，阴离子为BF4-，PF6-，F-，NH2-，OH-中的一种；离子液体的加入量为浸渍液总质量的2%-15%，优选为5%-12%。离子液体的加入有助于形成适宜的孔道结构，提高催化剂的热稳定性，从而增加贵金属活性组分的负载量和分散度，而且有助于避免贵金属活性组分的流失，提高催化剂的稳定性。本专利技术中，步骤（3）得到负载氧化铝涂层的载体后，浸渍到含活性金属助剂的盐溶液中，所述的活性金属助剂为Ce、Zr、La、Mn等中的一种或几种。这部分浸渍的活性金属助剂不仅在催化氧化反应时能够氧化部分有机物，而且能够与贵金属活性组分形成良好的协同作用，降低有机物起燃温度和完全氧化温度。以催化剂总重量计，活性金属助剂加入量（以氧化物计）本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化氧化催化剂的制备方法，其特征在于包括如下内容：（1）将氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、酸、水、有机溶剂助剂混合在一起，然后将混合液进行球磨，得到涂敷浆液；（2）将堇青石蜂窝陶瓷基体浸渍在涂敷浆液中，浸渍好后取出吹去残液，干燥、焙烧，得到负载氧化铝涂层的堇青石蜂窝陶瓷载体；（3）将步骤（2）得到的载体浸渍到含活性金属助剂的盐溶液中，所述活性金属助剂为Ce、Zr、La、Mn中的一种或几种，浸渍好后取出吹去残液，干燥、焙烧；（4）最后浸渍贵金属活性组分Pt和/或Pd，浸渍好后取出吹去残液，干燥、焙烧，即制得催化氧化催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种催化氧化催化剂的制备方法，其特征在于包括如下内容：（1）将氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、酸、水、有机溶剂助剂混合在一起，然后将混合液进行球磨，得到涂敷浆液；（2）将堇青石蜂窝陶瓷基体浸渍在涂敷浆液中，浸渍好后取出吹去残液，干燥、焙烧，得到负载氧化铝涂层的堇青石蜂窝陶瓷载体；（3）将步骤（2）得到的载体浸渍到含活性金属助剂的盐溶液中，所述活性金属助剂为Ce、Zr、La、Mn中的一种或几种，浸渍好后取出吹去残液，干燥、焙烧；（4）最后浸渍贵金属活性组分Pt和/或Pd，浸渍好后取出吹去残液，干燥、焙烧，即制得催化氧化催化剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的浆液中，以浆液的质量计，各物质的质量分数为：氧化铝20%-35%，铈锆粉末1.2%-3%，拟薄水铝石3%-6%，酸1.5%-3.5%，水60%-80%，有机溶剂助剂0.2%-2%。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的氧化铝为纳米级γ-氧化铝；所述的酸为硫酸、硝酸、柠檬酸和醋酸中的一种或几种；所述的有机助剂为聚丙烯酸铵、聚乙烯醇、尿素中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的铈锆粉中Ce和Zr的质量比为1:2-2:1。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的球磨时间为4-8小时，得到固含量为15wt%-40wt%涂敷浆液，其中固体物质的平均粒径为5-15微米；涂覆浆液的pH值为3.2-4.2，25℃时粘度为15-100mPa·s。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）堇青石蜂窝陶瓷基体在涂覆氧化铝涂层前采用pH为1-3的酸溶液清洗，除去表面的杂质，然后使用压缩空气吹扫，在105-120℃烘干5-10小时。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）根据催化剂对载体上量或比表面积的需要，此涂覆过程重复1-3次，从而得到负载氧化铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈高升，王学海，陈玉香，王宽岭，刘忠生，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11