一种蜂窝型Mn‑Zn改性黏土基VOCs氧化催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种蜂窝型Mn‑Zn改性黏土基VOCs氧化催化剂及其制备方法。所述催化剂先由40～60份凹凸棒土粉、5～10份膨润土粉、10～20份硅藻土粉、3～10份有机黏结剂与30～60份水混料后，经练泥、陈化、蜂窝挤出成型、阴干、烧结工艺制得黏土基载体，再定量喷淋Mn‑Zn活性液，经干燥、焙烧后制得。该蜂窝型催化剂可应用于各类VOCs的催化氧化治理，具有稳定性高，催化性能优异、成本低廉等特点，在二甲苯模拟芳烃类VOCs治理中，空速20000～30000h

【技术实现步骤摘要】
一种蜂窝型Mn-Zn改性黏土基VOCs氧化催化剂及其制备方法
本专利技术属于挥发有机化合物(VOCs)治理
，具体涉及一种蜂窝型Mn-Zn改性黏土基VOCs氧化催化剂及其制备方法。
技术介绍
挥发性有机化合物(VOCs)超量排放会对自然环境和人体健康造成严重影响，污染常见于石油化工、制药、汽车、橡胶、油漆涂料等行业。随着民众对环境、健康的日益重视，国家对环保要求的日益严格，VOCs污染治理也越来越受到关注。VOCs污染治理根据场所和污染特点以及是否回用等情况，有着多种处理技术如：物理冷凝、燃烧及催化燃烧、催化氧化、淋洗吸收、吸附脱附等工艺。其中物理冷凝、膜分离、淋洗吸收、吸附脱附等都可视为回收治理模式，而燃烧及催化燃烧、催化氧化等都为销毁治理模式。作为典型VOCs治理技术之一，催化燃烧/催化氧化以其治理彻底性，比直接燃烧法更安全更节能，更适用于较低VOCs浓度场合治理等特点，在VOCs治理领域中占有举足轻重的地位。根据使用温度，可分为室温、低温、高温催化氧化。如常见的光催化、低温等离子体催化、常温臭氧催化等均属于室温催化；低温、高温等催化氧化反应温度常在100～450℃内，一般催化燃烧即该温度区间。催化氧化的关键技术之一则是高效催化剂的研制。常见的氧化催化剂以活性组分划分常氛围贵金属类催化剂以及非贵金属类催化剂。贵金属类催化剂多以Pt、Pd、Rh、Au等贵金属组分担载于不同的载体上，催化VOCs燃烧起燃温度可低至100～200℃，在针对一些特定VOCs如甲醛等，其起燃点甚至可低至常温。其特点是活性高，选择性好，但价格较为昂贵，但贵金属催化剂在处理含氯及含硫VOCs时较容易中毒，所以仅适用于不含氯或硫的VOCs，尤其是大π键化合物如芳烃类VOCs的治理。而非贵金属类催化剂多以Mn、Cu、Co、Fe等金属氧化物及其负载氧化物为主，该类催化剂对含氯含硫VOCs耐受性强，不容易中毒，但存在催化活性相对较差等不足，催化氧化VOCs的起燃温度常在250℃以上，完全燃烧温度则更高。在实际VOCs催化治理过程中，由于其排气流量大，空速高，常规的柱状或球状催化剂实际使用中，存在风阻大，接触效率低等不足，也极易造成传热不匀等问题，蜂窝型制则可较好的解决所提问题，有着风阻低，传质传热效率高等优点。市场上蜂窝型载体多以蜂窝堇青石为代表的蜂窝陶瓷为主，具有强度高耐热冲击性好等优点，但仍存在比表面积低下等缺点，往往需涂覆过渡氧化物涂层来增强载体比表面积，但也存在涂层与基材契合性问题，热及外力冲击下极易造成涂层剥落，给工程使用带来极大的不便。因此，较理想的市场化VOCs氧化催化剂，不仅需要较高的催化活性，也要兼顾其使用成本，以及工程适用性。开发价格低廉的蜂窝型VOCs高效氧化催化剂可极大地促进VOCs治理领域的发展，也具有极高的市场应用潜力及经济效益。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种蜂窝型Mn-Zn改性黏土基VOCs氧化催化剂及其制备方法。所述催化剂以凹凸棒土、膨润土和硅藻土为主成分的蜂窝型复合黏土材料为载体，以Mn-Zn为负载活性成分，其具有优异的催化性能，且稳定性高。本专利技术采取的技术方案为：一种蜂窝型Mn-Zn改性黏土基VOCs氧化催化剂，所述催化剂以凹凸棒土、膨润土和硅藻土为主成分的蜂窝型复合黏土材料为载体，以Mn-Zn为负载活性成分，负载活性成分的负载量为载体重量的4～14％。所述负载活性成分的得到方法为：将Mn2+和Zn2+盐溶解在去离子水中制成A液，KMnO4溶解在去离子水中配置成B液，将A液、B液先后喷淋于蜂窝复合粘土材料载体上，可单次喷淋或多次喷淋达到设定负载量；将负载有Mn-Zn的湿润蜂窝型复合黏土材料载体，干燥、焙烧、冷却后即可得到负载在蜂窝型复合黏土材料为载体上的负载活性成分。所述负载量的计算方法为：将Mn2+与KMnO4分别折合成相对应的MnO2的重量，将Zn2+折合成相对应的ZnO的重量，则负载量＝(MnO2的总重量+ZnO的重量)/载体重量×100％。所述折合的方法为其中m为质量，n为物质的量，M为摩尔质量。所述载体由以下重量份的组分制备而成：所述凹凸棒土600～800目，比表面积>80m2/g；所述膨润土300～400目，比表面积>30m2/g；所述硅藻土300～400目，比表面积>60m2/g。由于天然粘土的质量参差不齐，为了获取优质原料需将以上原料的目数及比表面积限定在上述的范围内，这样也保证了蜂窝载体的挤出成型更容易，且强度容易达到要求。所述载体的比表面积为>90m2/g，以保证Mn-Zn活性成分的高分散性负载，也用以检验载体烧制工艺的成功与否。本专利技术还提供了一种蜂窝型Mn-Zn改性黏土基VOCs氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)载体泥料混合：以重量份计，称取40～60份凹凸棒土粉、5～10份膨润土粉、10～20份硅藻土粉、3～10份有机黏结剂与30～60份水于卧式混料机进行混料20～30min；2)载体泥料练泥：将步骤1)混合后的湿泥料投加到练泥机中进行练泥，练泥2～3次，练泥后的泥料再次投入真空练泥中，真空练泥2～3次；3)载体泥料陈化：真空练泥后的泥料于环境温度下，封膜后静置3～4h待用；4)载体蜂窝挤出成型：将陈化后的塑化料泥，移入到立式液压蜂窝挤出机内进行挤出成型，挤出的蜂窝泥料进行线切割后，于料盘上摆放；5)载体阴干烧结：将装有蜂窝泥料的料盘架推至30～40℃恒温除湿房内阴干3～5天，控制蜂窝含水率需<25％后，装入窑炉匣钵于燃气窑炉中焙烧，温度控制为700～980℃，恒温2h，冷却后出窑，得到蜂窝型复合黏土材料载体；6)Mn-Zn活性组分喷淋负载：将Mn2+和Zn2+盐溶解在去离子水中制成A液，KMnO4溶解在去离子水中配置成B液，将A液、B液先后喷淋于蜂窝复合粘土材料载体上，可单次喷淋或多次喷淋达到设定负载量；7)催化剂干燥及焙烧：将负载有Mn-Zn的湿润蜂窝型复合黏土材料载体，干燥、焙烧、冷却后最终制得蜂窝型Mn-Zn改性黏土基VOCs氧化催化剂。所述步骤6)中，Mn2+与KMnO4的摩尔比为3:2；Mn2+和KMnO4共计折合成MnO2的量与Zn2+折合成ZnO的量的摩尔比为1:1～3:1。步骤6)中，所述Mn2+盐为其硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐的任一种。步骤6)中，所述Zn2+盐为其硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐的任一种。所述步骤7)中，过80～105℃烘干线0.5～2h干燥，并进入300～550℃电热窑炉中焙烧1～3h；焙烧温度过低会导致焙烧不完全，温度过高会造成催化剂性能下降，焙烧时间在保证催化剂效果的前提下尽可能节能，因此控制在1～3h。本专利技术还提供了所述的蜂窝型Mn-Zn改性黏土基VOCs氧化催化剂的应用，所述催化剂可应用于各类VOCs的催化氧化治理，在二甲苯模拟芳烃类VOCs治理中，进气浓度1000～1500ppm，空速20000～30000h-1，320℃下，去除率达98％以上，3个月强化测试期内未有失活。本专利技术公开的蜂窝型Mn-Zn改性黏土基VOCs氧化催化剂，选用40～60份凹凸棒土粉、5～10份膨润土粉、10～20份硅藻土粉、3～10份有机黏结剂与30～60份水混料后，经练泥、陈化、蜂窝挤出成型、阴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜂窝型Mn‑Zn改性黏土基VOCs氧化催化剂，其特征在于，所述催化剂以凹凸棒土、膨润土和硅藻土为主成分的蜂窝型复合黏土材料为载体，以Mn‑Zn为负载活性成分，负载活性成分的负载量为载体重量的4～14％。

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝型Mn-Zn改性黏土基VOCs氧化催化剂，其特征在于，所述催化剂以凹凸棒土、膨润土和硅藻土为主成分的蜂窝型复合黏土材料为载体，以Mn-Zn为负载活性成分，负载活性成分的负载量为载体重量的4～14％。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述载体由以下重量份的组分制备而成：3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其特征在于，所述凹凸棒土600～800目，比表面积>80m2/g；所述膨润土300～400目，比表面积>30m2/g；所述硅藻土300～400目，比表面积>60m2/g。4.根据权利要求1-3任意一项所述的催化剂，其特征在于，所述载体的比表面积为>90m2/g。5.根据权利要求1-4任意一项所述的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)载体泥料混合：以重量份计，称取40～60份凹凸棒土粉、5～10份膨润土粉、10～20份硅藻土粉、3～10份有机黏结剂与30～60份水于卧式混料机进行混料20～30min；2)载体泥料练泥：将步骤1)混合后的湿泥料投加到练泥机中进行练泥，练泥2～3次，练泥后的泥料再次投入真空练泥中，真空练泥2～3次；3)载体泥料陈化：真空练泥后的泥料于环境温度下，封膜后静置3～4h待用；4)载体蜂窝挤出成型：将陈化后的塑化料泥，移入到立式液压蜂窝挤出机内进行挤出成型，挤出的蜂窝泥料进行线切割后，于料盘上摆放；5)载体阴干烧结：将装有蜂窝泥料的料盘架推至30～40℃恒温除湿房内阴干3～5天，控制蜂窝含水率需<25％后，装入窑炉匣钵于...

【专利技术属性】
技术研发人员：章文贵，侍孟璐，向耿辉，朱慧可，吴黄河，奉向东，
申请(专利权)人：芜湖格丰环保科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34