有机气凝胶负载Zr化合物制备ZrO制造技术

本发明专利技术揭示了一种有机气凝胶负载Zr化合物制备ZrO

【技术实现步骤摘要】
有机气凝胶负载Zr化合物制备ZrO2/C氟利昂催化剂的制备方法
本专利技术涉及一种有机气凝胶负载Zr化合物制备ZrO2/C氟利昂催化剂的制备方法，可用于无机材料制备和溶胶凝胶法

技术介绍
氟利昂(Freon)是氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的总称，具有不燃、低毒、介电常数低、临界温度高、易液化等特征，因而被广泛用作冷冻设备和空气调节装置的制冷剂。制冷机在密闭环境(尤其是潜艇、载人航天器等)中使用时，潜在泄露的制冷剂氟利昂，在密闭环境中易导致工作人员吸入氟利昂中毒，此外，在遇到高温或明火时，氟利昂将产生大量对人体有害的物质，如HF、CO、HCl、光气等。为保障极端条件下工作人员和设备的安全，以Y型分子筛、γ氧化铝、ZrO2、TiO2、MoO2、WO2等为主体催化剂的高温水解技术，是目前常用的方案之一。其中，该方法主要是在水蒸气存在的条件下，催化床层加热至350-450℃，将氟利昂催化分解为CO、CO2、HF和HCl，生成的酸性气体用碱性金属氧化物吸收，达到消除氟利昂的目的。化学反应方程式为：CFCs+H2O→CO+HCl+HFCO+O2→CO2(CFCs为氟利昂的总称)由于现有的催化剂体系主要以单一或复合的金属氧化物为主体，制备工艺复杂、所制备出来的催化剂体系孔隙结构不发达，比表面积较小(小于150m2/g)，导致催化剂活性中心上反应物的接触面积小，反应速率慢、净化效率低，实际使用时净化设备体积庞大、能耗高。因此，研究一种净化效率高、接触面积大，反应速率快的催化剂制备工艺就成为亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种有机气凝胶负载Zr化合物制备ZrO2/C氟利昂催化剂的制备方法。本专利技术的目的将通过以下技术方案得以实现：一种有机气凝胶负载Zr化合物制备ZrO2/C氟利昂高温水解催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：以具有多孔结构的有机气凝胶为催化剂载体的前驱体，通过负载Zr化合物，经陈化、碱液处理、水洗、惰性气体保护下高温煅烧步骤制备而成。优选地，所述有机气凝胶具有初级孔道结构，有机气凝胶的BET比表面积为500-600m2/g；所述Zr化合物为以下物质中的一种或几种：ZrOCl2、硝酸氧锆、Zr(NO3)4、ZrCl4。优选地，氟利昂水解催化剂中ZrO2的含量为10-30％，其余为炭载体；碱液处理步骤中使用的碱液为以下物质中的一种或几种：氨水、Na2CO3、NaHCO3、NaOH、K2CO3、NaHCO3、KOH。优选地，该方法包括以下步骤：S1：配置含Zr化合物的浸渍液，并称取对应质量的有机气凝胶，加入到浸渍液中混合，浸渍均匀后于室温下陈化，陈化时间为3-6小时；S2：配置碱液，将S1步骤中陈化好的物料加入到碱液中，在室温下进行碱液浸泡处理，处理时间为2-8小时，然后进行水洗处理，直至滤液为中性为止；S3：将S2步骤中水洗好的物料装入高温炉中，并通入惰性气保护，升温至500-700℃进行煅烧处理，煅烧时间为0.5-3小时；煅烧结束后自然冷却至室温，即制备得到ZrO2/C氟利昂高温水解催化剂。优选地，该方法包括以下步骤：S1：选取BET比表面积为500-600m2/g的有机气凝胶，检测其吸水量，根据有机气凝胶的吸水量以及所需ZrO2的含量，配置含Zr化合物的浸渍液；按等体积或过量浸渍法将浸渍液与载体混合均匀，之后将物料置于室温下陈化，陈化时间为3-6小时，ZrO2的含量为10-30wt.％；S2：配置碱液，将陈化好的物料加入到碱液中，在室温下进行碱液浸泡处理，处理时间为2-8小时，然后进行水洗处理，直至滤液为中性为止；S3：将水洗好的物料装入高温炉中，并通入惰性气保护，升温至500-700℃进行煅烧处理，煅烧时间为0.5-3小时；煅烧结束后自然冷却至室温，即制备得到ZrO2/C氟利昂高温水解催化剂。优选地，在所述S1步骤中，选取BET比表面积为500m2/g的有机气凝胶，配置最终催化剂含ZrO2质量分数为10％的ZrOCl2浸渍液，陈化时间为3小时；在所述S2步骤中，碱液为NaOH，处理时间为2小时，在所述S2步骤中，升温至500℃进行煅烧处理，煅烧时间为0.5小时；煅烧结束后自然冷却至室温，即制备得到含ZrO2质量分数为10％的ZrO2/C氟利昂高温水解催化剂。优选地，在所述S1步骤中，选取BET比表面积为580m2/g的有机气凝胶，配置最终催化剂含ZrO2质量分数为20％的ZrCl4和Zr(NO3)4的混合浸渍液，陈化时间为4小时；在所述S2步骤中，碱液为NaOH，处理时间为5小时，在所述S2步骤中，升温至650℃进行煅烧处理，煅烧时间为2.5小时；煅烧结束后自然冷却至室温，即制备得到含ZrO2质量分数为20％的ZrO2/C氟利昂高温水解催化剂。优选地，在所述S1步骤中，选取BET比表面积为550m2/g的有机气凝胶，配置最终催化剂含ZrO2质量分数为25％的ZrCl4浸渍液，陈化时间为5小时；在所述S2步骤中，碱液为氨水碱液，处理时间为6小时，在所述S2步骤中，升温至600℃进行煅烧处理，煅烧时间为2小时；煅烧结束后自然冷却至室温，即制备得到含ZrO2质量分数为25％的ZrO2/C氟利昂高温水解催化剂。优选地，在所述S1步骤中，选取BET比表面积为600m2/g的有机气凝胶，配置最终催化剂含ZrO2质量分数为30％的ZrO(NO3)2，陈化时间为6小时；在所述S2步骤中，碱液为K2CO3碱液，处理时间为8小时，在所述S2步骤中，升温至700℃进行煅烧处理，煅烧时间为3小时；煅烧结束后自然冷却至室温，即制备得到含ZrO2质量分数为30％的ZrO2/C氟利昂高温水解催化剂。本专利技术技术方案的优点主要体现在：本专利技术以有机气凝胶为碳前驱体和催化剂载体，水溶性Zr化合物为催化剂活性组分源，通过浸渍负载、陈化、碱液处理、水洗、惰性气体保护下高温煅烧步骤制备而成。与现有单一ZrO2催化体系技术相比，本专利技术引入了有机气凝胶为载体，将Zr化合物均匀分散在载体孔道结构内，所制备出来的ZrO2/C催化剂体系具有ZrO2分散性好、催化剂孔道结构发达、比表面积大、抗酸性气体腐蚀、反应物和催化剂活性点接触面积大、反应速率快、活性高等优点。本专利技术从提高催化剂孔隙结构和比表面积、增加反应物在催化剂活性中心反应的接触面积出发，在催化剂制备过程中引入了具有多孔结构的有机气凝胶，经负载、碱处理、高温煅烧等步骤制备了具有发达孔隙结构的ZrO2/C催化剂，增加了催化剂活性中心上反应物的接触面积，提高了催化反应的效率和活性。附图说明图1为本专利技术所制备催化剂与单一ZrO2体系催化剂的催化氟利昂R22性能对比图。具体实施方式本专利技术的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本专利技术技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.有机气凝胶负载Zr化合物制备ZrO

【技术特征摘要】
1.有机气凝胶负载Zr化合物制备ZrO2/C氟利昂催化剂的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：以具有多孔结构的有机气凝胶为催化剂载体的前驱体，通过负载Zr化合物，经陈化、碱液处理、水洗、惰性气体保护下高温煅烧步骤制备而成。


2.根据权利要求1所述的有机气凝胶负载Zr化合物制备ZrO2/C氟利昂催化剂的制备方法，其特征在于：所述有机气凝胶具有初级孔道结构，有机气凝胶的BET比表面积为500-600m2/g；所述Zr化合物为以下物质中的一种或几种：ZrOCl2、硝酸氧锆、Zr(NO3)4、ZrCl4。


3.根据权利要求1所述的有机气凝胶负载Zr化合物制备ZrO2/C氟利昂催化剂的制备方法，其特征在于：氟利昂水解催化剂中ZrO2的含量为10-30％，其余为炭载体；碱液处理步骤中使用的碱液为以下物质中的一种或几种：氨水、Na2CO3、NaHCO3、NaOH、K2CO3、NaHCO3、KOH。


4.根据权利要求1所述的有机气凝胶负载Zr化合物制备ZrO2/C氟利昂催化剂的制备方法，其特征在于：
该方法包括以下步骤：
S1：配置含Zr化合物的浸渍液，并称取对应质量的有机气凝胶，加入到浸渍液中混合，浸渍均匀后于室温下陈化，陈化时间为3-6小时；
S2：配置碱液，将S1步骤中陈化好的物料加入到碱液中，在室温下进行碱液浸泡处理，处理时间为2-8小时，然后进行水洗处理，直至滤液为中性为止；
S3：将S2步骤中水洗好的物料装入高温炉中，并通入惰性气保护，升温至500-700℃进行煅烧处理，煅烧时间为0.5-3小时；煅烧结束后自然冷却至室温，即制备得到ZrO2/C氟利昂高温水解催化剂。


5.根据权利要求4所述的有机气凝胶负载Zr化合物制备ZrO2/C氟利昂催化剂的制备方法，其特征在于：
该方法包括以下步骤：
S1：选取BET比表面积为500-600m2/g的有机气凝胶，检测其吸水量，根据有机气凝胶的吸水量以及所需ZrO2的含量，配置含Zr化合物的浸渍液；按等体积或过量浸渍法将浸渍液与载体混合均匀，之后将物料置于室温下陈化，陈化时间为3-6小时，ZrO2的含量为10-30wt.％；
S2：配置碱液，将陈化好的物料加入到碱液中，在室温下进行碱液浸泡处理，处理时间为2-8小时，然后进行水洗处理，直至滤液为中性为止；
S3：将水洗好的物料装入高温炉中，并通入惰性气保护，升温至500-...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小军，于晓琳，
申请(专利权)人：苏州岚露新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32