一种抗中毒改性分层催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术的一种抗中毒改性分层催化剂及其制备方法，涉及催化剂技术领域，本发明专利技术中通过包覆层中储氧成分的设置，包裹层所捕获的O可以通过储氧成分实现传递，从而为催化剂核心上发生的催化氧化反应提供充足的O，保证催化剂的催化效率，且具有良好的抗SO2、H2O、碱金属中毒性质。毒性质。毒性质。

【技术实现步骤摘要】
一种抗中毒改性分层催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于催化剂
，更具体地说，涉及一种抗中毒改性分层催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿型复合氧化物是一种针对含有机污染物(VOCs)、二噁英(PCDD/Fs)以及CO烟气处理效果优秀的催化剂类型，上述污染物均具有一定的还原性，钙钛矿型复合氧化物可以高效催化燃烧降解上述污染物。但是一般烟气中含有大量SO2、H2O以及碱金属(钾、钠)等物质，钙钛矿型复合氧化物极易受到这些物质影响，造成中毒，从而失去降解活性。如何提高钙钛矿型复合氧化物的抗水、抗硫以及抗碱金属性能，已经成为钙钛矿型催化剂应用的限制因素。
[0003]目前针对催化剂的抗中毒研究，主要是在催化剂制备过程中调整催化剂中各元素添加比例、改变制备方法以及加入Sr、Zr等元素提高催化剂的抗中毒性能。虽然这些方式可以提高催化剂的抗中毒性能，但是所制备催化剂的活性位置依然暴露在烟气中，抗中毒性能难以满足实际生产的需求。
[0004]申请人按照沈柳倩(钙钛矿型催化剂催化燃烧VOCs的活性、抗毒性和稳定性研究)所提出的抗硫钙钛矿型催化剂制备方法，采用硝酸镧、硝酸锶和硝酸锰制备钙钛矿型金属氧化物催化剂，分别以甲苯(VOCs替代物)、氯苯(PCDD/Fs替代物)和CO为污染物(甲苯浓度500mg/m3,氯苯浓度500mg/m3,CO浓度1000mg/m3)，在总气流量为280ml/min，空速比为42000h
‑1，O2含量为16％，N2为平衡气的实验室条件下，分别测试了催化剂对于VOCs、PCDD/Fs以及CO降解效率，此外还测试了催化剂在负载1％质量分数K2O后对上述污染物降解特性，另外还测试了300℃催化剂的抗硫(混合气中SO2浓度100mg/m3)、抗水(混合气中H2O体积分数10％)性能。实验结果如表1所示。(活性参数检测方式参照本说明书具体实施方式部分内容)
[0005]表1
[0006][0007][0008]由上述结果可知，文献中已有的催化剂对于特定的中毒物质，如SO2，具有抗性，在SO2通入4.5h后依然保持80％以上活性，但是对于其他中毒物质，如H2O、K2O等，抗性较差，在这些中毒物质的影响下，催化剂活性下降严重。仅仅采取简单的元素添加的方式会提高催化剂某一种抗中毒性能，但该方式具有较大的弊端。因此，需要在保证催化剂活性的基础上，采用其他手段来制备高抗中毒性能催化剂。
[0009]申请人曾经尝试将催化剂中的活性成分进行包裹，但是发现包裹后虽然在抗毒性性能有所提升，但是在一定程度上也限制了催化活性成分与污染物之间的接触，限制了催化效果。

技术实现思路

[0010]针对制备出的包裹型催化剂催化效果受限的技术问题，提供一种分层钙钛矿型催化剂复合方法及复合催化剂，通过包覆层中储氧成分的设置，有利于改善上述技术问题。
[0011]为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0012]本专利技术的一种抗中毒改性分层催化剂，所述催化剂包括催化剂核心和包覆层，包覆层包裹于催化剂核心的外部，所述催化剂核心中包括催化活性成分，所述包覆层中含有储氧成分，所述储氧成分用于与氧进行结合；用储氧成分良好的储氧、携氧能力，从而将催化剂与O2接触位置的O捕获，包裹层与核心可以通过储氧成分联系起来，包裹层所捕获的O可以通过储氧成分实现传递，从而为催化剂核心上发生的催化氧化反应提供充足的O，促进氧化发生，避免颗粒核心因气体扩散受限，O无法及时补充的现象，且具有良好的抗SO2、H2O、碱金属中毒性质。
[0013]优选地，所述储氧成分的元素中包括Ce，包裹层与核心可以通过Ce
‑
O
‑
Ce结构联系起来，包裹层所捕获的O可以通过Ce
‑
O
‑
Ce结构实现传递，从而为CeMnO3上发生的催化氧化
反应提供充足的O，促进氧化发生，避免颗粒核心因气体扩散受限，O无法及时补充的现象。
[0014]优选地，所述包覆层内形成有孔隙，通过所述孔隙使得催化剂核心中的催化活性成分连通至催化剂颗粒外部。
[0015]优选地，所述储氧成分分布于孔隙处，催化剂使用过程中，烟气中的污染物到达含有催化活性成分的催化剂核心前需要经过其外层含有孔隙的包覆层，而在孔隙中，如SO2、H2O、碱金属等易使得催化剂中毒失活的物质会被吸收，并且有利于催化活性成分与烟气进行接触。
[0016]优选地，所述包覆层内包括含钛氧化物和含硅氧化物，所述孔隙形成于含钛氧化物和含硅氧化物晶粒之间；利用TiO2与SiO2相变规律，在620℃时TiO2晶体收缩而SiO2晶体膨胀，复合金属氧化物晶粒之间出现缝隙，大量的缝隙联通即形成复杂的网状孔隙。
[0017]优选地，所述储氧成分的Ce嵌入TiO2、SiO2晶格中形成固溶体；或和Ti、Si原子直接相连，Ce均匀地分散在包裹层中，可以更好地与反应气体接触，利用Ce良好的储氧、携氧能力，从而将催化剂与O2接触位置的O捕获。
[0018]优选地，所述催化剂核心的的外表层含有氧化石墨烯成分；氧化石墨烯上所存在的化学结构如六元环结构(
‑
C6H6)、羧基(
‑
COOH)、羟基(
‑
OH)、其他含氧基团等，这些结构可以和VOCs以及二噁英类形成π
‑
π键、氢键等作用力，增强核心颗粒对污染物的吸附效果。
[0019]本专利技术的一种抗中毒改性分层催化剂的制备方法，所述分层催化剂为上述的分层催化剂，先制备得到含催化活性成分的催化剂核心，然后将催化剂核心置于含储氧成分的体系中进行焙烧，干燥研磨后制得分层粒状催化剂。
[0020]优选地，将正硅酸乙酯与钛酸四丁酯溶解于无水乙醇中得到A液，并且将催化剂核心加入至A液中并搅拌均匀；将硝酸铈溶解于乙酸溶液中得到B液，然后将B液滴加入上述含有催化剂核心的A液中，边滴加边搅拌，滴完后静置呈凝胶状，在烘箱中干燥，并进行研磨，研磨的粉末进行焙烧，得到分层催化剂。
[0021]优选地，制备得到催化剂核心后，将催化剂核心与氧化石墨烯粉末混合并进行研磨。
附图说明
[0022]图1为本专利技术一种抗中毒改性分层催化剂结构示意图。
[0023]图2为本专利技术一种抗中毒改性分层催化剂含有氧化石墨烯时结构示意图。
[0024]标号说明：
[0025]100、催化剂颗粒；110、催化剂核心；111、催化活性成分；112、氧化石墨烯；
[0026]120、包覆层；121、储氧成分；122、孔隙；123、含钛氧化物；124、含硅氧化物。
具体实施方式
[0027]为进一步了解本专利技术的内容，结合附图和实施例对本专利技术作详细描述。
[0028]本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗中毒改性分层催化剂，其特征在于，所述催化剂包括催化剂核心(110)和包覆层(120)，包覆层(120)包裹于催化剂核心(110)的外部，所述催化剂核心(110)中包括催化活性成分(111)，所述包覆层(120)中含有储氧成分(121)，所述储氧成分(121)用于与氧进行结合。2.根据权利要求1所述的一种抗中毒改性分层催化剂，其特征在于，所述储氧成分(121)的元素中包括Ce。3.根据权利要求2所述的一种抗中毒改性分层催化剂，其特征在于，所述包覆层(120)内形成有孔隙(122)，通过所述孔隙(122)使得催化剂核心(110)中的催化活性成分(111)连通至催化剂颗粒(100)外部。4.根据权利要求3所述的一种抗中毒改性分层催化剂，其特征在于，所述储氧成分(121)分布于孔隙(122)处。5.根据权利要求4所述的一种抗中毒改性分层催化剂，其特征在于，所述包覆层(120)内包括含钛氧化物(123)和含硅氧化物(124)，所述孔隙(122)形成于含钛氧化物(123)和含硅氧化物(124)晶粒之间。6.根据权利要求5所述的一种抗中毒改性分层催化剂，其特征在于，所述储氧成分(...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁龙，龙红明，钱立新，徐辉，顾明言，魏进超，陈萍，王光应，杨本涛，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：