催化剂及其制备方法和应用以及废气的处理方法技术

本发明专利技术涉及废气处理领域，公开了催化剂及其制备方法和应用以及废气的处理方法，该催化剂包括：蜂窝载体和存在于所述蜂窝载体内表面和/或外表面的涂层；所述涂层包括：耐热无机氧化物、钴氧化物、第一助剂和第二助剂；所述第一助剂选自IIIA族元素氧化物中的至少一种；所述第二助剂选自IVB族元素氧化物中的至少一种。采用本发明专利技术提供的催化剂，生产成本更低且活性高，制备得到的催化剂对有机废气有较好的消除效果。效果。

【技术实现步骤摘要】
催化剂及其制备方法和应用以及废气的处理方法


[0001]本专利技术涉及废气处理领域，具体涉及催化剂及其制备方法和应用以及废气的处理方法。

技术介绍

[0002]工业生产过程中经常会产生含有挥发性有机物的废气，这些废气如果直接排放到大气中，会对大气环境造成极大的危害。多数挥发性有机物有异味，对人体产生病变甚至致癌；特别是含有卤素的挥发性有机废气，除了本身毒性大，还能与臭氧发生光化学反应，产生光化学烟雾，对地球环境产生极大破坏。因此，对工业生产过程中产生的有机废气进行有效处理是坏境科学中的重要课题。
[0003]有机废气的处理方法大体上可分为两类，一类是物理的回收方法，包括吸附法、吸收法、冷凝法等。物理回收的方法主要是用于较高浓度的有机废气的回收，但是此种方法对低流量、低浓度的废气处理效率很低。另一类是通过化学方法或者是生物降解，将其转化为对环境友好的无毒或者低毒的物质，例如直接燃烧法、催化燃烧法、光催化降解、生物降解等。直接燃烧法是最早用于可燃废弃物的处理，适用于高浓度的有机废气的处理，但是效率较低，投资成本高，并且在燃烧的时候易生成更为有毒的副产物。光催化分解法是利用光和光催化剂的作用将有机物氧化成无毒性的二氧化碳和水，但是光催化过程对反应器的要求很严格，受到多方面的限制。而催化燃烧的处理方法具有处理效率高，操作温度低，耗能小，并且无二次污染物的特点，可以很有效的处理较低浓度的污染物。因此，催化燃烧法处理有机废气是一种较为理想的方法。
[0004]催化燃烧的催化剂主要有：贵金属型催化剂，如Pt、Pd、Rh等，此类催化剂活性高，但抗卤素性能差，容易中毒，同时资源稀少，价格昂贵；单一金属氧化物催化剂，如铜、锰、钴等金属氧化物，这类催化剂成本较低，但活性一般；复合氧化物催化剂该类催化剂容易得到，同时抗卤素性能好，不易中毒其催化活性比相应的单一氧化物要高，如中国专利CN103252242B就公开了一种铜、锰和铈的氧化物的复合颗粒负载到蜂窝陶瓷上制备成的催化燃烧催化剂。
[0005]现有技术提供的催化剂一方面多使用贵金属，成本较高，另一方面催化剂的活性也有待于进一步提高。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的催化燃烧催化剂成本高，且活性有待于进一步提高的问题，提供一种催化剂及其制备方法和应用以及废气的处理方法。采用本专利技术提供的催化剂，生产成本更低且活性高。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种催化剂，该催化剂包括：蜂窝载体和存在于所述蜂窝载体内表面和/或外表面的涂层；所述涂层包括：耐热无机氧化物、钴氧化物、第一助剂和第二助剂；
[0008]所述第一助剂选自IIIA族元素氧化物中的至少一种；
[0009]所述第二助剂选自IVB族元素氧化物中的至少一种。
[0010]优选地，所述钴氧化物和所述IVB族元素氧化物的前驱体包括具有式(1)所示结构的配合物；
[0011][0012]其中，M1为钴元素，M2为IVB族元素的一种；
[0013]R、R1和R2各自独立地为氢或者C1-C4的烷基；
[0014]X1、X2、X3和X4各自独立地为负一价的阴离子基团；
[0015]n和p各自独立地为0或1。
[0016]本专利技术第二方面提供一种催化剂的制备方法，该方法包括：
[0017](1)采用浸渍法将第一助剂负载于耐热无机氧化物，得到第一涂层材料；
[0018](2)将含有钴前驱体和第二助剂前驱体的溶液与所述第一涂层材料接触，然后进行第一干燥和第一焙烧，得到第二涂层材料；
[0019](3)将所述第二涂层材料和溶剂混合，得到涂层浆料；
[0020](4)将所述涂层浆料涂覆在蜂窝载体上，然后进行第二干燥和第二焙烧；
[0021]所述第一助剂选自IIIA族元素氧化物中的至少一种；
[0022]所述第二助剂选自IVB族元素氧化物中的至少一种。
[0023]本专利技术第三方面提供由上述制备方法制得的催化剂。
[0024]本专利技术第四方面提供上述催化剂在废气处理中的应用。
[0025]本专利技术第五方面提供一种废气的处理方法，该方法包括：在催化燃烧条件下，将含有有机物的废气与本专利技术提供的上述的催化剂进行接触。
[0026]本专利技术提供的制备方法采用价格较低的过渡金属作为活性组分，且制备得到的催化剂对有机废气有较好的消除效果。本专利技术催化剂的反应活性以氧化尾气组分完全转化的反应温度的高低作为评价标准，完全转化的温度越低，催化剂的性能越好。从本专利技术实施例结果可以看出，废气中有机物乙酸甲酯转化率达到99％时，温度可以低至255℃以下；有机物对二甲苯转化率达到99％时，温度可以低至290℃以下；有机物二溴甲烷转化率达到99％时，温度可以低至320℃以下。
具体实施方式
[0027]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0028]本专利技术第一方面提供一种催化剂，该催化剂包括：蜂窝载体和存在于所述蜂窝载体内表面和/或外表面的涂层；所述涂层包括：耐热无机氧化物、钴氧化物、第一助剂和第二助剂；
[0029]所述第一助剂选自IIIA族元素氧化物中的至少一种；
[0030]所述第二助剂选自IVB族元素氧化物中的至少一种。
[0031]根据本专利技术的一种优选实施方式，以催化剂的总量为基准，所述钴氧化物的含量为5-20重量％，优选为12-18重量％。
[0032]根据本专利技术的一种优选实施方式，所述耐热无机氧化物选自氧化铝、氧化钛、氧化锆和分子筛中的至少一种，更优选为氧化铝。
[0033]根据本专利技术的一种优选实施方式，以催化剂的总量为基准，所述耐热无机氧化物的含量为15-30重量％，优选为18-25重量％。
[0034]本专利技术对所述蜂窝载体的种类选择范围较宽，优选地，所述蜂窝载体选自堇青石蜂窝载体、莫来石蜂窝载体和钛酸铝陶瓷蜂窝载体中的至少一种，更优选为堇青石蜂窝载体。
[0035]根据本专利技术，优选地，以催化剂的总量为基准，所述第一助剂的含量为0.5-5重量％，更优选为1-3重量％。
[0036]根据本专利技术，优选地，所述IIIA族元素为B元素和/或Ga元素。采用该种优选实施方式更有利于提高催化剂的活性。
[0037]根据本专利技术，优选地，以催化剂的总量为基准，所述第二助剂的含量为1-10重量％，更优选为2-5.5重量％。
[0038]根据本专利技术，优选地，所述IVB族元素为Zr元素或Ti元素。
[0039]根据本专利技术，所述催化剂中各组分含量可以通过电感耦合等离子体光谱(ICP)方法测得。
[0040]根据本专利技术的一种优选实施方式，所述钴氧化物和所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化剂，该催化剂包括：蜂窝载体和存在于所述蜂窝载体内表面和/或外表面的涂层；所述涂层包括：耐热无机氧化物、钴氧化物、第一助剂和第二助剂；所述第一助剂选自IIIA族元素氧化物中的至少一种；所述第二助剂选自IVB族元素氧化物中的至少一种。2.根据权利要求1所述的催化剂，其中，以催化剂的总量为基准，所述钴氧化物的含量为5-20重量％，优选为12-18重量％；优选地，所述耐热无机氧化物选自氧化铝、氧化钛、氧化锆和分子筛中的至少一种，优选为氧化铝；优选地，以催化剂的总量为基准，所述耐热无机氧化物的含量为15-30重量％，优选为18-25重量％；优选地，所述蜂窝载体选自堇青石蜂窝载体、莫来石蜂窝载体和钛酸铝陶瓷蜂窝载体中的至少一种，优选为堇青石蜂窝载体。3.根据权利要求1所述的催化剂，其中，以催化剂的总量为基准，所述第一助剂的含量为0.5-5重量％，优选为1-3重量％；优选地，所述IIIA族元素为B元素和/或Ga元素；优选地，以催化剂的总量为基准，所述第二助剂的含量为1-10重量％，优选为2-5.5重量％；优选地，所述IVB族元素为Zr元素或Ti元素。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的催化剂，其中，所述钴氧化物和所述IVB族元素氧化物的前驱体包括具有式(1)所示结构的配合物；其中，M1为钴元素，M2为IVB族元素的一种；R、R1和R2各自独立地为氢或者C1-C4的烷基；X1、X2、X3和X4各自独立地为负一价的阴离子基团；n和p各自独立地为0或1。5.根据权利要求4所述的催化剂，其中，R为氢、甲基、异丙基和叔丁基中的一种，优选为异丙基；优选地，所述前驱体为式(1-1)所示结构的配合物；
优选地，其中，X1、X2、X3和X4各自独立地为卤素和氢氧根中的一种；优选地，所述X1和X2相同且为卤素，X3和X4相同且为卤素。6.一种催化剂的制备方法，该方法包括：(1)采用浸渍法将第一助剂负载于耐热无机氧化物，得到第一涂层材料；(2)将含有钴前驱体和第二助剂前驱体的溶液与所述第一涂层材料接触，然后进行第一干燥和第一焙烧，得到第二涂层材料；(3)将所述第二涂层材料和溶剂混合，得到涂层浆料；(4)将所述涂层浆料涂覆在蜂窝载体上，然后进行第二干燥和第二焙烧；所述第一助剂选自IIIA族元素氧化物中的至少一种；所述第二助剂选自IVB族元素氧化物中的至少一种。7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述第一助剂、耐热无机氧化物、钴前驱体、第二助剂前驱体和蜂窝载体的用量使得制得的催化剂中，以催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢媛娇，缪长喜，蒋见，孙清，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：