一种CoOx混合相VOCs催化燃烧钴基催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及催化剂制备技术领域，基于解决当前钴基催化燃烧催化剂存在的低温活性不足、反应温度偏高，特别是负载型钴基催化燃烧催化剂活性偏低的问题；提供了一种CoOx混合相VOCs催化燃烧钴基催化剂，包含钴氧化物、助剂金属或其氧化物、载体和改性剂；其制备方法：1)载体改性；2)将有机酸络合剂和有机酸盐络合剂溶于水中形成混合有机络合剂水溶液，再将水溶性钴盐和助剂金属组分的盐溶液溶于水中形成混合金属盐水溶液；3)在持续搅拌下，将步骤(2)中的混合金属盐水溶液滴加到混合有机络合剂水溶液中，保温搅拌，并将步骤(1)中得到的改性载体在该溶液中浸渍；4)经成型、焙烧，即得CoOx混合相VOCs催化燃烧钴基催化剂。本发明专利技术制得的催化剂催化活性高，处理温度低。处理温度低。

【技术实现步骤摘要】
一种CoOx混合相VOCs催化燃烧钴基催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及催化剂制备
，具体而言，涉及一种CoOx混合相VOCs催化燃烧钴基催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]挥发性有机物(VOCs)是造成大气和生态环境恶化的主要污染物之一。VOCs是指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下有机化合物总称，包括烷烃、芳烃、醇、醛、酮、酸、酯、醚、卤代烃、及其他杂原子挥发性有机化合物等。有的VOCs具有毒性，或致残、致畸，给人体造成直接危害，有的则形成酸雨、破坏臭氧层、产生温室效应等间接影响身体健康。这些VOCs在一定环境条件下以气态、雾态或被空气中的颗粒物吸附浓缩形成有机气溶胶态存在，是可吸入颗粒物(PM2.5)的主要组成部分，是造成大气污染的主要来源。
[0003]催化燃烧是深度治理VOCs污染的高效方法，但催化剂成本和运行成本是制约其发展的关键因素。贵金属型催化剂虽然对芳烃等VOCs具有较好的催化燃烧性能，但其存在着成本高、耐热稳定性差等缺点，对烷烃类挥发性有机物活性相对较差。而非贵金属的过渡金属化合物因来源广、价格低、制得的催化剂高温稳定性好，特别是与贵金属同属第
Ⅷ
族、具有相似电子结构和多种可变价态的过渡金属钴(Co)及其氧化物在烷烃、酯等的催化燃烧中甚至显示出优于贵金属的催化燃烧性能，并可显著降低催化燃烧催化剂的成本，对于催化燃烧技术的推广及实现VOCs的深度净化治理具有重要意义。
[0004]尽管钴基催化剂在烷烃处理中表现出更好的性能，但仍具有活性不足、运行温度偏高的问题。中国专利CN106268814A利用水溶性胺与钴盐在水热法中制备了一种花状四氧化三钴催化剂，其用于处理甲烷的T
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温度为333℃。由于烷烃无明显的缺、富电子位点，分子结构较为稳定，其处理难度较大。其中丙烷因广泛存在于工业排放废气中，其通常作为低碳烷烃的典型代表和探针分子用于VOCs催化剂净化处理评价。中国专利CN107952441A中采用溶胶凝胶法通过对柠檬酸络合的硝酸钴和硝酸铈干燥、两次焙烧制得一种VOCs处理催化剂，其对丙烷处理的T
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温度可达310℃。中国CN110560063A中则制备了负载型钴基催化剂。其将硅、铝、钛氧化物浸渍于硝酸钴溶液中，然后再用尿素均匀沉淀法将其负载于载体上，并通过煅烧后还原
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钝化
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原位再氧化等方式制备了一种高温稳定负载型核壳结构四氧化三钴催化剂，钴负载于铝、钛等载体上制备的催化剂用于丙烷处理的T
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温度高达400℃。
[0005]部分载体的负载进一步降低了钴基活性组分的催化氧化能力。实际应用的VOCs净化催化剂的通常需要将活性组分负载于一定形状的载体上以减小阻力、降低催化剂成本，提高催化剂比表面积以达到暴露更多活性中心，提高催化活性的目的。钴在非贵金属材料中仍然属于相对较贵的金属，将其负载于载体上也能显著降低催化剂成本。然而当钴基活性组分高分散负载于载体上时，由于其与载体间的强相互作用，使得催化活性显著降低；而当钴基活性组分简单机械混合于载体中时，又由于含量降低、比表面积较小等问题使活性降低。
[0006]总之，当前用于VOCs净化处理的钴基催化燃烧催化剂仍然存在着活性不足、成本
偏高的问题，特别是负载型钴基催化剂其活性受到了进一步限制。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种CoOx混合相VOCs催化燃烧钴基催化剂及其制备方法，以解决当前钴基VOCs催化燃烧催化剂仍然存在活性不足、成本偏高、特别是负载于载体上时催化活性显著降低的问题。
[0008]本专利技术的实施例通过以下技术方案实现：
[0009]一种CoOx混合相VOCs催化燃烧钴基催化剂，包含钴氧化物、助剂金属或其氧化物、载体和改性剂，其中按质量分数计，钴氧化物占催化剂总量1～50％，助剂金属或其氧化物占催化剂总量的0～30％，载体占催化剂总量的0～97％，改性剂占催化剂总量的0～40％。
[0010]一种CoOx混合相VOCs催化燃烧钴基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)载体改性：将改性剂的盐溶液溶于水中，载体于其中浸渍后再进行干燥、煅烧得到改性载体；
[0012](2)预处理液：将有机酸络合剂和有机酸盐络合剂溶于水中形成混合有机络合剂水溶液，再将水溶性钴盐和助剂金属组分的盐溶液溶于水中形成混合金属盐水溶液；
[0013](3)预处理：在持续搅拌下，将步骤(2)中的混合金属盐水溶液滴加到混合有机络合剂水溶液中，保温搅拌，并将步骤(1)中得到的改性载体在该溶液中浸渍；
[0014](4)成型：将上述浸渍完毕的改性载体干燥、焙烧，得到VOCs催化燃烧钴基催化剂。
[0015]本专利技术实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
[0016]1.本申请的CoOx混合相VOCs催化燃烧钴基催化剂及其制备方法，首先选用特定的金属离子和工艺对载体进行改性，克服了载体与活性组分间的强相互作用造成的不良影响，使催化活性得到明显提高；同时，采用有机酸和有机酸盐组成的混合络合剂制备得到了CoOx混合相催化剂，使催化剂Co
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O键强弱化、晶格混乱度提高、比表面积增大、吸附氧比例增加，进而使催化活性得到提高，处理温度进一步降低。
[0017]2.本申请催化剂及其制备方法，在以钴为主活性组分基础上添加了助剂金属组分，进一步增加晶体缺陷、提高了晶格混乱度，达到协同增效的效果，使催化活性得到增强。
[0018]3.本申请催化剂在提高载体含量，降低催化剂成本的同时，降低了载体与活性组分间的相互作用，提高了活性组分分散度，使催化活性得到提高。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0020]下面对本专利技术实施例提供的一种CoOx混合相VOCs催化燃烧钴基催化剂及其制备方法进行具体说明。
[0021]一种CoOx混合相VOCs催化燃烧钴基催化剂，包含钴氧化物、助剂金属或其氧化物、载体和改性剂，其中按质量分数计，钴氧化物占催化剂总量1～50％，助剂金属或其氧化物占催化剂总量的0～30％，载体占催化剂总量的0～97％，改性剂占催化剂总量的0～40％。
[0022]进一步地，所述钴氧化物及助剂金属或其氧化物组分的前驱体经包含有机络合剂的水溶液和助剂金属的盐溶液预处理。
[0023]进一步地，所述助剂金属为铜、锰、银、铁、钒中的一种或几种；所述载体为钛氧化物、铝氧化物、硅氧化物、分子筛以及它们的复合氧化物载体中的一种或几种；所述改性剂为镁、钙、钡、锌的氧化物中的一种或几种。
[0024]进一步地，所述钴氧化物中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CoOx混合相VOCs催化燃烧钴基催化剂，其特征在于，包含钴氧化物、助剂金属或其氧化物、载体和改性剂，其中按质量分数计，钴氧化物占催化剂总量1～50％，助剂金属或其氧化物占催化剂总量的0～30％，载体占催化剂总量的0～97％，改性剂占催化剂总量的0～40％。2.根据权利要求1所述的CoOx混合相VOCs催化燃烧钴基催化剂，其特征在于，所述钴氧化物及助剂金属或其氧化物组分的前驱体经包含有机络合剂的水溶液和助剂金属的盐溶液预处理。3.根据权利要求1所述的CoOx混合相VOCs催化燃烧钴基催化剂，其特征在于，所述助剂金属为铜、锰、银、铁、钒中的一种或几种；所述载体为钛氧化物、铝氧化物、硅氧化物、分子筛以及它们的复合氧化物载体中的一种或几种；所述改性剂为镁、钙、钡、锌的氧化物中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的CoOx混合相VOCs催化燃烧钴基催化剂，其特征在于，所述钴氧化物中金属钴与助剂金属之间的摩尔比为1:1～100000:1。5.一种根据权利要求1
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4任一项所述的CoOx混合相VOCs催化燃烧钴基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)载体改性：将改性剂的盐溶液溶于水中，载体于其中浸渍后再进行干燥、煅烧得到改性载体；(2)预处理液：将有机酸络合剂和有机酸盐络合剂溶于水中形成混合有机络合剂水溶液，再将水溶性钴盐和助剂金属组分的盐溶液溶于水中形成混合金属盐水溶液；(3)预处理：在持续搅拌下...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋毅，张彪，袁善良，薄其飞，刘照，
申请(专利权)人：中国科学院成都有机化学有限公司，
类型：发明
国别省市：