含湿VOCs催化氧化整体式催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种含湿VOCs催化氧化整体式催化剂，由堇青石蜂窝载体、负载于载体上的掺杂稀土成分的复合氧化锆涂层、负载于该涂层上的活性组分和覆盖于催化剂表面的疏水性组分组成；本发明专利技术公开了该催化剂的制备方法，采用分步浸渍的方法依次在载体上制备掺杂稀土成分的复合氧化锆涂层、活性组分涂层和疏水性组分涂层；本发明专利技术还公开了该催化剂在含湿VOCs尾气的催化氧化应用。本发明专利技术催化剂中的稀土成分提高了涂层的供氧能力，提高了催化剂的活性，催化剂表面的疏水性组分避免了催化剂的活性下降，提高了催化剂的耐水汽性能；本发明专利技术的制备方法简单，易于实现；本发明专利技术的催化剂催化效率高，使用范围广，适用于含湿VOCs尾气的低温催化氧化。

Monolithic catalysts for catalytic oxidation of humid VOCs and their preparation methods and Applications

【技术实现步骤摘要】
含湿VOCs催化氧化整体式催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于催化剂制备
，具体涉及一种含湿VOCs催化氧化整体式催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
随着我国经济的增长和工业化程度逐渐加快，空气污染逐渐加剧，严重破坏了我们的生存环境，雾霾等问题让全社会开始关注环境。随着对雾霾认识的不断深入，人们已经认识到VOCs(挥发性有机物)的排放量增加，导致了各种环境问题层出不穷，对地球环境造成很大影响，严重影响了人类的身体健康和经济发展。在这样的背景下，仅仅控制传统的污染物已经不能够满足人们对生活环境更高的要求。因此，包括苯系物在内的挥发性有机物的控制已引起人们的普遍关注。目前VOCs催化燃烧技术较为简单，但需要的温度高，能耗大，且该技术采用的催化剂的净化度低，适应范围窄。而含湿VOCs气体的催化氧化，如燃气尾气净化、污水处理厂VOCs尾气净化以及一些含VOCs组分烘干工序工艺气等的需求则比较多。目前，国内外VOCs催化氧化的催化剂研究主要为铂钯贵金属基催化剂和铜锰非贵金属催化剂，尽管铂钯贵金属基催化剂活性高，但其寿命和稳定性均存在问题，且该催化剂对水汽等特别敏感，容易中毒失活；铜锰非贵金属催化剂反应温度较高，微量水汽下具有一定的催化效果，但达到一定净化度需要能耗大。因此开发出具有高活性和耐水汽的对VOCs气体具有催化氧化作用的催化剂是关键，具有重要的经济意义和社会意义。目前，针对含湿VOCs气体催化剂公开发布的文献很少，而通过深入研究含湿VOCs气体催化剂制备方法、分散度及载体改性来提高VOCs气体催化剂在含湿气体中性能的研究文献则更少，开发含湿VOCs气体催化剂成为急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种含湿VOCs催化氧化整体式催化剂。该催化剂在堇青石蜂窝载体上掺杂稀土成分的复合氧化锆涂层，稀土成分增加了氧空位浓度，提高了晶格氧的迁移性质，使得该涂层具有较强的供氧能力，从而提高了催化剂的活性，催化剂的表面覆盖有疏水性组分薄膜，避免了水与活性组分发生吸附导致催化剂的活性下降，提高了催化剂的耐水汽性能。本专利技术的含湿VOCs催化氧化整体式催化剂在堇青石蜂窝载体上掺杂稀土成分的复合氧化锆涂层，该涂层中的稀土成分增加了氧空位浓度，提高了晶格氧的迁移性质，使得该涂层具有较强的供氧能力，从而提高了催化剂的活性，本专利技术从而本专利技术的含湿VOCs催化氧化整体式催化剂具有高活性和耐水汽性能。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：含湿VOCs催化氧化整体式催化剂，其特征在于，由蜂窝载体、负载于所述蜂窝载体上的复合稀土氧化物涂层、负载于所述复合稀土氧化物涂层上的活性组分和覆盖于催化剂表面的疏水性组分组成，所述蜂窝载体为堇青石蜂窝载体，所述复合稀土氧化物涂层为掺杂稀土成分的复合氧化锆涂层，所述活性组分包括过渡金属组分和贵金属组分，所述疏水性组分为疏水硅材料，所述复合稀土氧化物涂层的负载质量为堇青石蜂窝载体质量的5％～15％，所述过渡金属组分的负载质量为堇青石蜂窝载体质量的1％～10％，所述贵金属组分的负载质量为堇青石蜂窝载体质量的0.2％～1％。本专利技术的含湿VOCs催化氧化整体式催化剂以堇青石蜂窝为载体，首先在载体上负载掺杂稀土成分的复合氧化锆涂层，由于该涂层中的稀土成分增加了氧空位浓度，提高了晶格氧的迁移性质，使得该涂层具有较强的供氧能力，从而提高了含湿VOCs催化氧化整体式催化剂的活性，同时，稀土成分的热稳定性良好，能有效抑制负载于复合稀土氧化物涂层上的活性组分尤其是贵金属组分的晶粒增大，提高了活性组分的催化氧化活性；本专利技术的催化剂的表面覆盖有疏水性组分形成的厚度为微米级的薄膜，该薄膜的质量极为微小，可忽略不计，该疏水性组分薄膜避免了水与活性组分发生吸附覆盖导致的VOCs与O2不易到达催化剂活性位、引起催化剂的活性下降，同时还降低了催化氧化产物中的水对催化氧化反应的不利影响；从而本专利技术的含湿VOCs催化氧化整体式催化剂具有高活性和耐水汽性能。上述的含湿VOCs催化氧化整体式催化剂，其特征在于，所述堇青石蜂窝载体的网眼密度为200孔/平方英尺，壁厚为0.25mm。该优选的堇青石蜂窝载体有利于复合稀土氧化物涂层的负载，并提高负载量，从而保证了催化剂的高活性；同时该催化剂的比表面积较大，有利于增加催化剂与含湿VOCs尾气的接触面积，提高催化效率。上述的含湿VOCs催化氧化整体式催化剂，其特征在于，所述掺杂稀土的复合氧化锆涂层中的稀土成分为氧化钇或/和氧化铈。更优选的掺杂稀土的复合氧化锆涂层中的稀土成分为氧化钇和氧化铈。上述优选的稀土成分与复合氧化锆组成的氧化物涂层中氧空位浓度大大增加，晶格氧的迁移速度也大大提高，从而涂层的供氧能力增强，大大提高了催化剂的活性。更优选的稀土成分则进一步加强了涂层的供氧能力，提高催化剂的活性。上述的含湿VOCs催化氧化整体式催化剂，其特征在于，所述过渡金属组分为CuO或/和MnO，所述贵金属组分为PdO或/和PtO。更优选过渡金属组分为CuO，更优选贵金属组分为PdO。上述活性组分中的优选过渡金属组分和贵金属组分具有较好的催化氧化性能，两类组分互补，既提高了催化剂的催化性能，又减少了原料成本，降低了能耗。更优选的过渡金属组分和贵金属组分则进一步增强了该作用。上述的含湿VOCs催化氧化整体式催化剂，其特征在于，所述复合稀土氧化物涂层的负载质量为堇青石蜂窝载体质量的8％～12％，所述过渡金属组分的负载质量为堇青石蜂窝载体质量的2％～5％，所述贵金属组分的负载质量为堇青石蜂窝载体质量的0.25％～0.5％。上述质量组成的含湿VOCs催化氧化整体式催化剂具有较高的活性和耐水汽性，且降低了原料成本。另外，本专利技术还提供了一种含湿VOCs催化氧化整体式催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将堇青石蜂窝载体进行酸化处理，然后洗涤至中性并在120℃～130℃的条件下干燥；步骤二、将锆可溶性盐和稀土可溶性盐溶解于水中配置成金属离子当量为1.0mol/L～1.5mol/L的复合金属盐溶液，然后将复合金属盐溶液与2mol/L～4mol/L的氨水溶液进行并流共沉淀，控制并流共沉淀反应体系的pH为8～10，并流共沉淀完成后在70℃～80℃老化处理2～4h，再经过滤和洗涤后依次在120℃～130℃的条件下烘干6h～12h，在400℃～500℃的条件下焙烧4h～6h，再加入去离子水球磨制成掺杂稀土成分的复合氧化锆涂覆液；步骤三、将步骤一中经干燥后的堇青石蜂窝载体加入到步骤二中掺杂稀土成分的复合氧化锆涂覆液浸渍15min～30min，取出后去除残液，依次在80℃～100℃的条件下烘干6h～12h，在400℃～500℃的条件下焙烧4h～6h，重复上述浸渍和烘干、焙烧工艺，直至在堇青石蜂窝载体上负载目的涂覆量的掺杂稀土成分的复合氧化锆涂层，得到负载复合稀土氧化物涂层的堇青石蜂窝载体；步骤四、将步骤三中得到的涂覆复合稀土氧化物的堇青石蜂窝载体加入到过渡金属的可溶性盐溶液中浸渍6h～12h，然后依次在120℃～130℃的条件下烘干5h～12h，在250℃～300℃的条件下焙烧4h～6h，得到负载过渡金属组分的堇青石蜂窝载体；步骤五、将步骤四中得到的负本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.含湿VOCs催化氧化整体式催化剂，其特征在于，由蜂窝载体、负载于所述蜂窝载体上的复合稀土氧化物涂层、负载于所述复合稀土氧化物涂层上的活性组分和覆盖于催化剂表面的疏水性组分组成，所述蜂窝载体为堇青石蜂窝载体，所述复合稀土氧化物涂层为掺杂稀土成分的复合氧化锆涂层，所述活性组分包括过渡金属组分和贵金属组分，所述疏水性组分为疏水硅材料，所述复合稀土氧化物涂层的负载质量为堇青石蜂窝载体质量的5％～15％，所述过渡金属组分的负载质量为堇青石蜂窝载体质量的1％～10％，所述贵金属组分的负载质量为堇青石蜂窝载体质量的0.2％～1％。

【技术特征摘要】
1.含湿VOCs催化氧化整体式催化剂，其特征在于，由蜂窝载体、负载于所述蜂窝载体上的复合稀土氧化物涂层、负载于所述复合稀土氧化物涂层上的活性组分和覆盖于催化剂表面的疏水性组分组成，所述蜂窝载体为堇青石蜂窝载体，所述复合稀土氧化物涂层为掺杂稀土成分的复合氧化锆涂层，所述活性组分包括过渡金属组分和贵金属组分，所述疏水性组分为疏水硅材料，所述复合稀土氧化物涂层的负载质量为堇青石蜂窝载体质量的5％～15％，所述过渡金属组分的负载质量为堇青石蜂窝载体质量的1％～10％，所述贵金属组分的负载质量为堇青石蜂窝载体质量的0.2％～1％。2.根据权利要求1所述的含湿VOCs催化氧化整体式催化剂，其特征在于，所述堇青石蜂窝载体的网眼密度为200孔/平方英尺，壁厚为0.25mm。3.根据权利要求1所述的含湿VOCs催化氧化整体式催化剂，其特征在于，所述掺杂稀土的复合氧化锆涂层中的稀土成分为氧化钇或/和氧化铈。4.根据权利要求1所述的含湿VOCs催化氧化整体式催化剂，其特征在于，所述过渡金属组分为CuO或/和MnO，所述贵金属组分为PdO或/和PtO。5.根据权利要求1所述的含湿VOCs催化氧化整体式催化剂，其特征在于，所述复合稀土氧化物涂层的负载质量为堇青石蜂窝载体质量的8％～12％，所述过渡金属组分的负载质量为堇青石蜂窝载体质量的2％～5％，所述贵金属组分的负载质量为堇青石蜂窝载体质量的0.25％～0.5％。6.一种制备如权利要求1～5中任一权利要求所述含湿VOCs催化氧化整体式催化剂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将堇青石蜂窝载体进行酸化处理，然后洗涤至中性并在120℃～130℃的条件下干燥；步骤二、将锆可溶性盐和稀土可溶性盐溶解于水中配置成金属离子当量为1.0mol/L～1.5mol/L的复合金属盐溶液，然后将复合金属盐溶液与2mol/L～4mol/L的氨水溶液进行并流共沉淀，控制并流共沉淀反应体系的pH为8～10，并流共沉淀完成后在70℃～80℃老化处理2～4h，再经过滤和洗涤后依次在120℃～130℃的条件下烘干6h～12h，在400℃～500℃的条件下焙烧4h～6h，再加入去离子水球磨制成掺杂稀土成分的复合氧化锆涂覆液；步骤三、将步骤一中经干燥后的堇青石蜂窝载体加入到步骤二中掺杂稀土成分的复合氧化锆涂覆液浸渍15min～30min，取出后去除残液，依次进行在80℃～100℃的条件下烘干6h～12...

【专利技术属性】
技术研发人员：高超，左满宏，刘恩莉，王鹏，徐敏燕，
申请(专利权)人：陕西省煤化工工程技术研究中心，
类型：发明
国别省市：陕西,61