一种用于催化燃烧VOCs的催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术用于催化燃烧VOCs的催化剂及其制备方法，以堇青石蜂窝陶瓷或多孔金属材料作为载体，载体上涂覆纳米涂层材料，以贵金属复配过渡金属为活性组分，复配稀土氧化物为催化剂助剂，以碱土金属化合物与主族金属氧化物制成的固溶体为载体改性剂；载体与活性组分经自动化生产线完成涂覆，基体结合力强，经高温焙烧后活性组分与载体附着力高，不易脱落，活性高、热稳定性好、抗硫性能好、使用寿命长，是一种广谱性VOCs氧化催化剂，可用于催化燃烧处理喷涂、印刷、电子等行业VOCs，适用于CO及RCO催化燃烧装置。

【技术实现步骤摘要】
一种用于催化燃烧VOCs的催化剂及其制备方法
本专利技术涉及大气环境污染之工业废气治理领域中的一种用于催化燃烧VOCs的催化剂及其制备方法。
技术介绍
工业废气中的挥发性有机化合物(VOCs)严重影响大气环境和人类健康，因而控制VOCs造成的污染是大气污染防治的主要指标，VOCs的排放标准要求也越来越高，需进行回收和销毁技术治理；对工业废气中VOCs的处理一般通过吸附浓缩-催化燃烧技术充分进行回收和销毁综合治理，采用吸附剂对VOCs进行吸附，然后改变环境物理条件，使得VOCs富集浓缩从而浓度增大，利用VOCs易燃烧的特点，改变一定的化学条件，经催化燃烧技术使废气中的VOCs在较低的起燃温度下完全燃烧，分解为CO2和H2O等无毒的小分子；其具体原理是通过合适的催化剂进行实用、高效的催化燃烧，使得废气中的VOCs在较低的起燃温度下完全燃烧，燃烧所放出的大量热还可以作为系统热量循环利用，催化燃烧的起燃温度、净化效率、二次污染程度均取决于催化剂性能；用于催化氧化VOCs的催化剂主要分为两类：贵金属催化剂和非贵金属催化剂，贵金属催化剂的低温活性和热稳定性都优于非贵金属催化剂，但是由于贵金属价格昂贵，资源短缺，导致其应用受限；在保证催化剂活性的前提条件下降低贵金属材料的消耗，将贵金属与过渡金属复配，并负载于经过改性的稀土氧化物上，稀土氧化物作为助剂有利于主活性组分的分散和烧结，进而充分发挥催化活性，相比于单一贵金属催化剂，负载型复合氧化物催化剂在降低成本、催化活性等方面更具有优越性；现有技术中的工业VOCs催化剂通常采用整体式蜂窝状结构，相对于常规的球形或长条形催化剂体积大、结构复杂，活性组分均匀涂覆操作不方便，传统方法一般采用人工涂覆方式进行生产加工，生产效率低，强度不高，影响传热效果，使用寿命短。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种采用低贵金属负载量的复配技术，传质传热效果佳，风阻小，机械强度好，短时耐冲击温度高，使用寿命长，用于催化燃烧VOCs的催化剂及其制备方法。本专利技术用于催化燃烧VOCs的催化剂，其特征在于：包括整体式蜂窝状载体，载体材料为优质陶瓷堇青石或多孔金属，载体表面涂覆有纳米材料涂层作为基础涂层；载体上负载有由主活性组分、第二活性组分、助催化剂、调变剂、分散剂和黏合剂构成的混合物；其中主活性组分为0.01～0.5g/L的贵金属；以载体质量为基准，第二活性组分为1％-10％的过渡金属，助催化剂为1％-10％的稀土化合物或金属氧化物，调变剂为0.1％-5％的碱金属或碱土金属化合物，分散剂和黏合剂5％-30％的铝溶胶或硅溶胶；所述载体为方形或圆柱形蜂窝状，蜂窝孔大小为200～800目，载体在使用前经1％-10％稀硝酸、稀盐酸溶液进行表面处理备用；所述基础涂层的纳米材料为金属铝的硝酸盐或铝氧化物与钛、铈、锆、镧金属氧化物中的一种在酸性条件下制备的固溶体，其分子表达式为：AlX(Ti/Ce/Zr/La)yO2，其中x:y＝(3～7):(7～3)；所述酸性条件所用的酸为柠檬酸或醋酸；所述主活性组分的贵金属为Au、Pt、Pd、Ru、Rh的一种或多种混合物；所述过渡金属为Mn、Fe、Ni、Cu、Zn的一种或多种混合物，稀土化合物中的稀土元素为La、Ce、Pr之一，金属氧化物是Al2O3、ZrO或SnO2的一种或几种混合物；碱金属化合物是含Li、Na、K的一种或多种元素的化合物；碱土金属化合物是Mg、Ca、Ba的一种或多种元素的化合物；本专利技术还涉及上述用于催化燃烧VOCs的催化剂制备方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步，蜂窝载体预处理将蜂窝陶瓷载体用1％-10％的稀硝酸处理，处理后浸渍于铝溶胶或硅溶胶中，充分浸渍后取出，干燥，焙烧；其中干燥温度80-150℃，干燥时间1-5h；焙烧温度400-800℃，焙烧时间2-6h；第二步，纳米涂层固溶体的制备取Al(NO3)3溶液和过渡金属硝酸盐或稀土金属硝酸盐用去离子水稀释，在酸性条件下进行加热和搅拌，直到形成胶体状，烧结后形成固溶体AlXMyO2复合氧化物；第三步，助催化剂涂层浆料的制备及负载取固溶体AlXMyO2与稀土氧化物混合研磨2-6h，研磨时加入去离子水，控制研磨颗粒粒径大小为纳米级，然后将研磨料与硅溶胶或铝溶胶混合，再加入一定摩尔比的调变剂，得到助催化剂分散的溶胶；第四步，催化剂活性组分的制备按摩尔配比将贵金属盐和过渡金属盐溶液充分混合，加入第二步中的助催化剂溶胶，搅拌研磨，分散均匀，得到的浆料待用，制备过程由自动化制浆系统完成；第五步，催化剂载体涂覆将第一步中处理好的蜂窝载体等体积浸渍于步骤第三步制得的浆料中，浸渍饱和后晾干陈化，放入烘箱进行程序升温干燥，之后再转入马弗炉进行高温焙烧，冷却后得到整体式蜂窝结构催化剂，载体与活性组分高强结合的；其中所述程序升温速率为5-10℃/min，干燥温度为80-150℃，干燥时间1-5h；焙烧温度为400-800℃，焙烧时间2-6h；所述第一步至第五步所有步骤均通过自动化涂覆生产线制备，自动进行催化剂原料配比添加、搅拌、均质、研磨、上浆、涂覆，并控制工艺过程的压力、温度、流量、重量指标；所述第一步中蜂窝载体为150×150×100的方形堇青石蜂窝载体，经5％的稀硝酸溶液处理，处理后浸渍于20％的铝溶胶中，干燥温度为80℃，干燥时间为2h；焙烧温度为400℃，焙烧时间为4h；第二步的固溶体由Al(NO3)3粉末和Ce(NO3)3粉末用去离子水稀释混合，酸性环境通过加入醋酸调节构成，烘干烧结之后形成固溶体为铝铈复合氧化物AlCeO2；第三步中量取重量为6kg的铝铈复合氧化物AlCeO2粉末状固溶体，调变剂为0.1mol的BaSO4；第四步中贵金属盐为0.15g/ml的Pt(NO3)2溶液5L，用去离子水稀释成10L，过渡金属盐溶液为100gCuSO4；第五步中程序升温速率为5℃/min，干燥温度为120℃，干燥时间2h；焙烧温度为500℃，焙烧时间4h。本专利技术用于催化燃烧VOCs的催化剂及其制备方法，采用低贵金属负载量的复配技术，以堇青石蜂窝陶瓷或多孔金属材料作为载体，载体上涂覆纳米涂层材料，以贵金属复配过渡金属为活性组分，复配稀土氧化物为催化剂助剂，以碱土金属化合物与主族金属氧化物制成的固溶体为载体改性剂；载体与活性组分经自动化生产线完成涂覆，基体结合力强，经高温焙烧后活性组分与载体附着力高，不易脱落，活性高、热稳定性好、抗硫性能好、使用寿命长，具有良好的抗老化、抗中毒性能；制备的催化剂活性高，传质传热效果佳，风阻小，机械强度好，短时耐冲击温度可达900℃，T90最低可降至200℃左右，系统去除效率大于99％，VOCs完全转化为CO2和H2O，无其他污染物生成；可用于催化燃烧处理喷涂、印刷、电子等行业VOCs，工业VOCs处理用CO及RCO催化燃烧装置，也可用于大型柴油车尾气处理系统，处理效率高，无二次污染。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于催化燃烧VOCs的催化剂，其特征在于：包括整体式蜂窝状载体，载体材料为优质陶瓷堇青石或多孔金属，载体表面涂覆有纳米材料涂层作为基础涂层；载体上负载有由主活性组分、第二活性组分、助催化剂、调变剂、分散剂和黏合剂构成的混合物；其中主活性组分为0.01～0.5g/L的贵金属；以载体质量为基准，第二活性组分为1％-10％的过渡金属，助催化剂为1％-10％的稀土化合物或金属氧化物，调变剂为0.1％-5％的碱金属或碱土金属化合物，分散剂和黏合剂5％-30％的铝溶胶或硅溶胶。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于催化燃烧VOCs的催化剂，其特征在于：包括整体式蜂窝状载体，载体材料为优质陶瓷堇青石或多孔金属，载体表面涂覆有纳米材料涂层作为基础涂层；载体上负载有由主活性组分、第二活性组分、助催化剂、调变剂、分散剂和黏合剂构成的混合物；其中主活性组分为0.01～0.5g/L的贵金属；以载体质量为基准，第二活性组分为1％-10％的过渡金属，助催化剂为1％-10％的稀土化合物或金属氧化物，调变剂为0.1％-5％的碱金属或碱土金属化合物，分散剂和黏合剂5％-30％的铝溶胶或硅溶胶。


2.根据权利要求1所述用于催化燃烧VOCs的催化剂，其特征在于：所述载体为方形或圆柱形蜂窝状，蜂窝孔大小为200～800目，载体在使用前经1％-10％稀硝酸、稀盐酸溶液进行表面处理备用。


3.根据权利要求1所述用于催化燃烧VOCs的催化剂，其特征在于：所述基础涂层的纳米材料为金属铝的硝酸盐或铝氧化物与钛、铈、锆、镧金属氧化物中的一种在酸性条件下制备的固溶体，其分子表达式为：AlX(Ti/Ce/Zr/La)yO2，其中x:y＝(3～7):(7～3)。


4.根据权利要求1所述用于催化燃烧VOCs的催化剂，其特征在于：所述酸性条件所用的酸为柠檬酸或醋酸。


5.根据权利要求1所述用于催化燃烧VOCs的催化剂，其特征在于：所述主活性组分的贵金属为Au、Pt、Pd、Ru、Rh的一种或多种混合物。


6.根据权利要求1所述用于催化燃烧VOCs的催化剂，其特征在于：所述过渡金属为Mn、Fe、Ni、Cu、Zn的一种或多种混合物，稀土化合物中的稀土元素为La、Ce、Pr之一，金属氧化物是Al2O3、ZrO或SnO2的一种或几种混合物；碱金属化合物是含Li、Na、K的一种或多种元素的化合物；碱土金属化合物是Mg、Ca、Ba的一种或多种元素的化合物。


7.一种用于权利要求1～6所述之一催化燃烧VOCs的催化剂制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，蜂窝载体预处理
将蜂窝陶瓷载体用1％-10％的稀硝酸处理，处理后浸渍于铝溶胶或硅溶胶中，充分浸渍后取出，干燥，焙烧；其中干燥温度80-150℃，干燥时间1-5h；焙烧温度400-800℃，焙烧时间2-6h；
第二步，纳米涂层固溶体的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：周婷，王海鹏，仲纪元，
申请(专利权)人：镇江华东电力设备制造厂有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32