一种W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种W‑Nb‑Ti‑Al‑O复合催化剂及其制备方法与应用。该催化剂主要由摩尔比为W：Nb：Ti：Al＝(3～0.5)：(4～1)：1：(0.02～0.05)化学元素复合制备而成。该复合催化剂所用原料来源丰富，价格便宜，安全无毒，并且避免了传统催化剂中V物种的毒性。本发明专利技术制备的催化剂还具有较好的机械强度和耐酸腐蚀性能，可抵抗750℃短时间的高温冲击，并且对挥发性有机污染物具有较好的催化燃烧性能，在350℃的温度以下可将其完全催化降解。涉及的制备方法具有较好的可操作性，容易重复，易于大规模生产。整个制备过程不产生有毒副产物，不仅提高了原料利用率、也避免了制备过程对于环境及人体的影响。

Preparation and application of w-nb-ti-al-o composite catalyst

【技术实现步骤摘要】
一种W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂的制备方法及其应用
本专利技术属于固体酸催化剂
主要涉及一种W-Nb-Ti-Al-O复合金属氧化物催化剂的制备方法及其应用。
技术介绍
挥发性有机物(VOCs)是指蒸汽压在室温时大于70Pa、沸点在常压时低于260℃的一大类有机化合物，该类有机物广泛来源于精细化学品、石油炼制、纺织、包装、家庭装修、金属抛光等过程，是一类重要的空气污染物，对环境和人类具有极大的危害性。目前，VOCs废气治理工艺主要有吸附、吸收和高温热分解三种工艺，其中热分解法由于能够将有害物质完全分解转化为水、二氧化碳等无害物而被广泛应用，但由于其反应温度较高，因此能耗较大，而且易产生NOx、二噁英等二级污染物。几年来，催化燃烧热分解法是有力去除工业生产过程中涉及的低浓度、高风速、大容量、复杂成分VOCs的一项技术，具有处理效率高、低能耗、无二次污染等优势，逐渐引起人们的关注，其核心技术是开发具有高催化活性、选择性和稳定性的高效催化剂体系。传统的催化燃烧热分解法大多采用负载型贵金属催化剂(如Pt-Pd/Al2O3)，活性高，但价格昂贵，而且易在催化燃烧过程中因苛刻的水热环境以及Cl、S、重金属元素的存在而失活，仅在少部分领域得到了工业应用。因此，非贵金属催化剂成为近年来研究的热点，V2O5-WO3/TiO2催化剂体系是典型代表，但由于V的毒性问题，过渡金属和/或稀土氧化物因廉价从而被考虑，如CrOx/Al2O3，CeO2-CrOx，CeO2-TiO2，Fe2O3-ZrO2，以及Co3O4-MnOx-TiO2，这些氧化物复合所得催化剂体系，对单一组成的VOC气体的催化分解活性较好、耐久性较高，反应所需温度较低(350℃以下)；而单组份金属氧化物所需的氧化温度较高(400～500℃)、催化活性较低。由于工业有机废气的复杂性，除了V2O5-WO3/TiO2，上述金属氧化物催化剂目前大多仍处于实验室研究阶段。
技术实现思路
本专利技术针对的技术问题是：现有技术中分解VOCs采用的催化剂体系成本高、活性组分V有毒性、酸性较弱、深度氧化能力不足等，导致催化剂对VOCs的吸附能力较弱、深度氧化能力不足、长期抵抗水汽和稀盐酸腐蚀能力较弱。针对上述问题，本专利技术提供了一种W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂的制备方法，并将其应用在碳氢、卤代VOCs有机废气的治理领域。该催化剂的原材料来源丰富、价格便宜，制备方法简单易行，所得催化剂对于典型挥发性有机污染物，尤其是氯化和/或溴化的挥发性有机物具有较高的催化分解效果。本专利技术是通过以下技术方案实现的一种W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂，该催化剂由化学元素W、Nb、Ti、Al和O复合制备而成，各金属元素的摩尔比为W：Nb：Ti：Al＝(3～0.5)：(4～1)：1：(0.02～0.05)。一种上述W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：将去离子水加入高压反应釜中，然后依次加入偏钨酸铵、草酸铌铵、硫酸氧钛和硝酸铝，混合均匀，再加入柠檬酸和正丁醇，加热反应；反应完成后自然冷却至室温，得到溶胶；将得到的溶胶依次进行加热除水、煅烧、研磨，即得到W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂。所述W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂的制备方法，去离子水与偏钨酸铵、草酸铌铵、硫酸氧钛、硝酸铝中各金属元素的比例为100mL：(3～0.5)mol：(4～1)mol：1mol：(0.02～0.05)mol。所述W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂的制备方法，柠檬酸与正丁醇的摩尔比为2：1；柠檬酸与偏钨酸铵、草酸铌铵、硫酸氧钛、硝酸铝中所有金属元素总的摩尔比为4：1。所述W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂的制备方法，在高压反应釜中反应温度为100～120℃，时间为1.5～2.5h。所述W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂的制备方法，加热除水条件为将溶胶至于敞口并于80℃条件下加热至恒重状态。优选为80℃条件下水浴加热。所述W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂的制备方法，煅烧条件为将加热除水后的物质至于马弗炉中450～650℃条件下煅烧1.5～3小时。一种上述W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂或上述W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂的制备方法在催化燃烧VOCs中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下积极有益效果该复合催化剂所用原料来源丰富，价格便宜，安全无毒，避免了传统催化剂中V物种的毒性。本专利技术制备的催化剂还具有较好的机械强度和耐酸腐蚀性能，可抵抗750℃短时间的高温冲击，并且对几种典型挥发性有机污染物具有较好的催化燃烧性能，在350℃的反应温度以下可将其完全催化降解。本专利技术中复合催化剂涉及的制备方法具有较好的可操作性，容易重复，易于大规模生产。整个制备过程不产生有毒副产物，不仅提高了原料利用率、也避免了制备过程对于环境及人体的影响。该复合催化剂可充分利用各个组成元素之间的协同作用，较好的促进和提升复合催化剂的催化氧化分解性能。所述催化剂具有纳米孔道结构(主要集中在5.2-20.4nm)和表面酸性质(0.2-9.5mmolNH3/gcat)，有利于VOC的吸附和活化；所述催化剂同时具有较多的表面/次表面氧物种，有利于VOC深度氧化为CO2和H2O；Nb、W等元素的添加以及固体酸的形成，有利于生成终产物HCl(可通入NaOH溶液从而被除去)，避免产生Cl2(毒性大，处理成本高)。附图说明图1表示实施例1制备催化剂的电镜图检测结果图；图2表示实施例1制备催化剂的氮气吸脱附测试结果图；图3表示实施例1制备催化剂的XPS测试结果图。具体实施方式下面通过具体实施方式对本专利技术进行更加详细的说明，以便于对本专利技术技术方案的理解，但是并不用于对本专利技术保护范围的限制。实施例1一种W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂，该催化剂由化学元素W、Nb、Ti、Al和O复合制备而成，各元素的摩尔比为W：Nb：Ti：Al＝3：4：1：0.02。其中的O元素与金属离子形成金属氧化物(WO3-Nb2O5-TiO2-Al2O3)从而达到电荷平衡。所得催化剂在XRD表征技术中呈现为无定型相，表明各元素并未烧结成金属氧化物晶体；电镜图中显示催化剂颗粒为4～8nm，氮气吸脱附测试结果表明催化剂为纳米孔道结构(主要集中在8～15nm)，比表面积大于90g/m2，XPS测试结果表明各金属原子之间存在显著的电子-电子相互作用。检测结果如图1、图2、图3所示。实施例2一种W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂，该催化剂由化学元素W、Nb、Ti、Al和O复合制备而成，各元素的摩尔比为W：Nb：Ti：Al＝0.5：1：1：0.05；其中的O元素与金属离子形成金属氧化物(WO3-Nb2O5-TiO2-Al2O3)从而达到电荷平衡。所述催化剂在XRD表征技术中呈现为无定型相，表明各元素并未烧结成晶体；电镜图中显示催化剂颗粒为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂，其特征在于，该复合催化剂由以下化学元素W、Nb、Ti、Al和O复合制备而成，各金属元素的摩尔比为W：Nb：Ti：Al＝(3～0.5)：(4～1)：1：(0.02～0.05)。/n

【技术特征摘要】
1.一种W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂，其特征在于，该复合催化剂由以下化学元素W、Nb、Ti、Al和O复合制备而成，各金属元素的摩尔比为W：Nb：Ti：Al＝(3～0.5)：(4～1)：1：(0.02～0.05)。


2.一种权利要求1所述W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将离子水加入高压反应釜中，然后依次加入偏钨酸铵、草酸铌铵、硫酸氧钛和硝酸铝混合均匀，再加入柠檬酸和正丁醇，在高压反应釜中进行反应；反应完成后自然冷却至室温，得到溶胶；
将得到的溶胶依次进行加热除水、煅烧、研磨，即得到W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂。


3.根据权利要求2所述W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂的制备方法，其特征在于，去离子水与偏钨酸铵、草酸铌铵、硫酸氧钛、硝酸铝中各金属元素的比例为100ml：(3～0.5)mol：(4～1)mol：1mol：(0.02～0.05)mol。

<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鹏，齐陈泽，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33