一种催化苯完全氧化反应的低温高活性催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种催化苯完全氧化反应的低温高活性催化剂的制备方法，先在溶液中加入载体，充分吸附氯铂酸后再进行升温还原，具体方法包括定量称取载体，浸入乙二醇中，然后加入氯铂酸水溶液，再加入NaOH水溶液调整溶液的pH、室温条件下搅拌，在溶液中让氯铂酸在载体上达到饱和吸附等步骤；本发明专利技术过程中不需要添加额外的无机还原剂也不需要添加高分子稳定剂，催化剂中贵金属Pt的含量低、催化剂制备工艺简单，催化剂无须高温焙烧和氢气还原，易于开展实施；催化剂活性高、稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种催化苯完全氧化反应的低温高活性催化剂的制备方法
该专利技术公开了一种催化苯完全氧化反应的低温高活性催化剂的制备方法，属于低浓度易挥发有机物苯催化完全燃烧处理

技术介绍
苯是一种典型的VOCs(易挥发有机物),苯的化学结构十分稳定，在自然环境条件下不易降解，对土壤、水体和大气能够造成持久而严重污染，其对动植物及人类的危害不容忽视。人和动物如果长期接触苯会对血液造成极大伤害，引起慢性中毒，甚至导致死亡。在工业生产和日常生活中经常会遇到含苯废水或废气的排放，为了避免这些有害物质大量排放对环境和生态的破坏，国家环保部门制定了相关的排放标准(GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》)。对于含苯废气的处理，目前已有多种方法，如冷凝法、吸附法、生物转化法、热力燃烧法和催化燃烧法等，其中催化氧化法被公认为是最有效的手段之一([1]黎维彬,龚浩,催化燃烧去除VOCs污染物的最新进展[J],物理化学学报,2010,26(4):885-894.)。催化燃烧法比热力燃烧法反应温度低，通常在400℃以内，因此不会产生氮氧化物等的二次污染物。催化燃烧法应用过程中关键的技术是高活性和高稳定性催化剂的制备方法。通常用Pt作为活性组分,但是用不同的载体或不同的制备方法所制得的催化剂性能差异较大。譬如，以氧化锡作为载体负载Pt,对于Pt/SnO2，对苯氧化的催化活性，苯转化率达90％时的温度为320℃，添加适量的CeO2后此温度值降低至256℃。([2]王道等.,二氧化锡为载体的稀土氧化物对苯完全氧化的催化活性.稀土,1989，(04):32-35)Pt/Al2O3是较好的苯净化催化剂，Pt含量为0.01％时，反应温度范围为360-400℃([3]金韵等,在Pt/Al2O3催化剂上苯的内扩散对负0.9级动力学的影响[J].高等学校化学学报,1991(01):84-88.)Kim等([4]KimHS,KimTW,KohHL,LeeSH,MinBR,CompletebenzeneoxidationoverPt-Pdbimetalcatalystsupportedonγ-alumina:influenceofPt-Pdratioonthecatalyticactivity[J],AppliedCatalysisA:General,2005,280:125-131.)将Pt-Pd双组分金属负载在γ-Al2O3上，以0.3wt.％Pt2wt.％Pd含量的催化剂反应活性最高，反应温度为250℃时可以将苯完全氧化，催化剂稳定性测试能保持32小时，运行到50小时催化剂活性约降低10％，双金属组分的催化活性和稳定性较单一活性组分的催化剂好。杨鹏等([5]YangP,LiJ,ChengZ,ZuoS,PromotingeffectsofCeandPtadditiononthedestructiveperformancesofV2O5/gamma-Al2O3forcatalyticcombustionofbenzene[J],AppliedCatalysisa-General,2017,542:38-46.)最近报道了他们所开发的性能最佳的催化剂0.3％Pt/10％Ce-10％V/γ-Al2O3在苯浓度为1000ppm,空速为20000h-1条件下，对于苯的深度催化氧化反应的T90％温度为235℃。催化剂制备过程中载体主要采用的是γ-Al2O3，分别经过三个浸渍过程再利用水合肼还原法来得到还原态的活性组分铂。其催化剂制备工艺的缺点是：步骤多、还原后废水中会产生含氮的化合物。目前业已明确还原方法对于Pt粒子表面性质的影响较大，刘志敏等人([6]刘志敏,李晓红,陈志坚,应品良,冯兆池,李灿,Pt/Al2O3催化剂还原方法对Pt粒子表面性质的影响[J].燃料化学学报,2009(02):205-211.)详细比较了用氢气还原法和甲酸钠溶液还原法得到的催化剂结构和性能上的差异。因此制备性能优异的负载型Pt催化剂的一个关键技术就是催化剂的还原方法。以具有稳定作用、易去除的乙二醇为溶剂的还原法是近年来发展起一种方法,易于控制金属粒径与分散。如吴锋等人用乙二醇稳定的NaBH4还原法制备纳米Pt/C催化剂([7]吴锋等，功能材料，2009，40(8)1381),孙西勃等人用于制备Pt/CeO2催化剂([8]孙西勃,彭若斯,李淑君,梁小明,陈礼敏,付名利,吴军良,叶代启,Pt颗粒尺寸对Pt/CeO2催化氧化甲苯性能影响[J],环境科学学报,2016:1-13)。前者还原过程还需加入NaBH4作为还原剂，后者得到的Pt颗粒溶胶需要用PVP(聚乙烯吡咯烷酮,PolyvinylPyrrolidone)作为稳定剂，催化剂应用过程中还需要用焙烧法将残余的稳定剂除去，然后再用氢气还原来得到。
技术实现思路
本专利技术提出一种制备对苯的完全氧化具有高反应活性和稳定性的Pt/Al2O3和Pt/CeZrOx催化剂方法。通过Pt的前驱体氯铂酸先吸附到载体上，然后在乙二醇溶液中升温还原，通过调节溶液的pH来调整催化剂表面性能，进而调控催化剂反应活性。本专利技术的目的是：采用新的制备方法，制备出贵金属Pt负载型催化剂，能实现在高空速条件下对于含苯废气在温度低于200摄氏度条件下的完全催化氧化分解。本专利技术是采用如下技术方案来实现的一种催化苯完全氧化反应的低温高活性催化剂的制备方法，先在溶液中加入载体，充分吸附氯铂酸后再进行升温还原，具体方法为：1)、定量称取载体，浸入乙二醇中，然后加入氯铂酸水溶液，再加入NaOH水溶液调整溶液的pH、室温条件下搅拌，在溶液中让氯铂酸在载体上达到饱和吸附；2)、将上述溶液在氮气保护和恒定温度条件下加热还原，还原结束后冷却至室温，用离心的方法使得固液分离，并用去离子水洗涤，得到的粉状物经真空干燥，在压片机上压片，研碎后筛分收集40-120目的颗粒，在常压固定床催化反应装置上评价其在苯完全氧化反应中的活性。作为进一步地改进，本专利技术所述的Pt的重量含量0.1～1％，所述的载体为氧化铝或Ce-Zr固溶体。作为进一步地改进，本专利技术质量比ZrO2/CeO2＝2。作为进一步地改进，本专利技术所述的氧化铝载体是表面为中性或碱性。作为进一步地改进，本专利技术所述的pH＝7～12。作为进一步地改进，本专利技术苯转化率达到99％时的反应温度为145～195摄氏度，催化反应条件为：催化剂颗粒大小为40-120目，苯的浓度为1200-7800ppm,空气为氧化剂，反应空速为6000-42000h-1。本专利技术的特点是：本专利技术提出一种制备对苯的完全氧化具有高反应活性和稳定性的Pt/Al2O3和Pt/CeZrOx催化剂方法，过程中不需要添加额外的无机还原剂也不需要添加高分子稳定剂，催化剂中贵金属Pt的含量低、催化剂制备工艺简单，催化剂无须高温焙烧和氢气还原，易于开展实施；催化剂活性高、稳定性好。所制备的Pt/Al2O3和Pt/CeZrOx催化剂能实现在高空速条件下对于含苯废气在温度145～195摄氏度条件下的完全催化氧化分解。附图说明图1是0.5％Pt/Al2O3(N)催化剂对于苯完全氧化反应长时间运行结果示意图；图2.0.5％Pt/Al2O3(B11)催化剂对于苯完全氧化反应长时间运行结果示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化苯完全氧化反应的低温高活性催化剂的制备方法，其特征是先在溶液中加入载体，充分吸附氯铂酸后再进行升温还原，具体方法为：1)、定量称取载体，浸入乙二醇中，然后加入氯铂酸水溶液，再加入NaOH水溶液调整溶液的pH、室温条件下搅拌，在溶液中让氯铂酸在载体上达到饱和吸附；2)、将上述溶液在氮气保护和恒定温度条件下加热还原，还原结束后冷却至室温，用离心的方法使得固液分离，并用去离子水洗涤，得到的粉状物经真空干燥，在压片机上压片，研碎后筛分收集40‑120目的颗粒，在常压固定床催化反应装置上评价其在苯完全氧化反应中的活性。

【技术特征摘要】
1.一种催化苯完全氧化反应的低温高活性催化剂的制备方法，其特征是先在溶液中加入载体，充分吸附氯铂酸后再进行升温还原，具体方法为：1)、定量称取载体，浸入乙二醇中，然后加入氯铂酸水溶液，再加入NaOH水溶液调整溶液的pH、室温条件下搅拌，在溶液中让氯铂酸在载体上达到饱和吸附；2)、将上述溶液在氮气保护和恒定温度条件下加热还原，还原结束后冷却至室温，用离心的方法使得固液分离，并用去离子水洗涤，得到的粉状物经真空干燥，在压片机上压片，研碎后筛分收集40-120目的颗粒，在常压固定床催化反应装置上评价其在苯完全氧化反应中的活性。2.根据权利要求1所述的催化苯完全氧化反应的低温高活性催化剂的制备方法，其特征是所述的Pt的重量含量0.1～1％，所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛建新，陈紫昱，周仁贤，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33