一种总有机碳（TOC）催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及催化剂制备技术领域，具体涉及一种总有机碳(TOC)催化剂及其制备方法和应用，采用共沉淀加高温烧结的方法在陶瓷材料载体上负载非贵金属活性组分钴、铈、铜和锰而成。与现有技术相比，本发明专利技术制得的催化剂能使活性成分均匀的分布在载体上，能够促进TOC催化氧化为CO2，具有高稳定性和催化效率，相比于相对于贵金属成分催化剂成本较低，进而能降低企业生产投入的成本，提高企业的利润率，具有广阔的应用前景，这为开发者和企业生产者在将TOC催化氧化为CO2方面提供了一种新的思路和方法。法。法。

【技术实现步骤摘要】
一种总有机碳(TOC)催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及催化剂制备
，具体涉及一种总有机碳(TOC)催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着经济的发展，环境污染问题日益凸显，环境保护刻不容缓，水环境保护就是其中之一。总有机碳(TOC)广泛的存在于印染、化工、制药、电镀、造纸等行业的生产过程中，其种类繁多、成份复杂，可包含几百种化合物，其中的某些酚类和卤代烃类等有机物对生态坏境危害巨大，因此，国家对生活饮用水，工业污水等直排水中TOC的含量有明确的规定，如DB4403/T 60
‑
2020标准中规定生活饮用水中TOC含量不能超过3mgC/L。
[0003]根据TOC的性质和浓度等因素，常见的监测方法可分为紫外
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过硫酸盐氧化技术与催化燃烧氧化技术，其中，催化燃烧氧化—非分散红外吸收法是国家标准的规定方法，有明确的标准依据可寻。催化燃烧法即在催化剂存在的条件下，TOC在一定的温度下通过催化剂的催化作用完全氧化分解成二氧化碳和水。
[0004]催化燃烧氧化法的核心是催化剂，按照活性组分的不同可分为贵金属催化剂和非贵金属催化剂两大类。贵金属催化剂为含有Au、Pt、Pd和Rh等贵金属元素的催化剂，其具有起燃温度低，强度高等特点，已成功工业化应用，如岛津TOC
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4200仪器所使用的催化剂为含Pt催化剂，但是需要指出的是该类催化剂存在价格昂贵，资源有限且易中毒等问题。相反，非贵金属的价格相对比较低，资源较为丰富，较易于获取，另外其价态多变，通过元素价态和种类的调控可制备复合氧化物型催化剂，可使其具有高催化活性、高稳定性、抗中毒性良等优点，因此非贵金属催化剂逐渐引起了人们的关注。Yi Zhu等人采用共沉淀法制备了一系列不同Ce/Mn比例的Ce
‑
Mn
‑
O催化剂，活性测试结果表明，随着锰含量的增加，活性先升高后降低，Ce0.64Mn0.36成分比的催化剂具有最大的速率将烟尘催化氧化为二氧化碳。Zhe Li等人采用过渡金属元素合成了类水滑石结构的催化剂CuyCo3
‑
yFe1Ox，其研究的结果表明Cu1Co2Fe1Ox在241℃就能将甲苯完全催化氧化成CO2，具有较好的低温催化氧化效率。
[0005]除了催化活性成分外，催化剂的载体同样影响催化剂的性能，通常将活性组分负载在A12O3或分子筛(SBA
‑
5，ZSM
‑
5等)等具有高比表面积的载体上。Wu等人采用聚乙烯醇保护还原的方法在高比面积的介孔Cr2O3表面负载了Au
‑
Pd纳米粒子，多种表征结果表明，该催化剂催化性能优良，在165℃时，甲苯的转化率能达到90％。Lin等人以Pd和Au作为活性组分负载在羟磷灰石载体上，并探究了载体的类型等对甲苯完全反应催化性能的影响，结果表明以羟磷灰石为载体同样能制备出性能优良的催化剂。Zhao等人以A12O3为载体制备了具备多级孔核壳结构的A12O3@Pd
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CoAlO微球，研究结果表明其在甲苯低温氧化反应中展现出优越的催化性能，这部分归功于Al2O3载体上均匀分布的Pd
‑
CoAlO和Pd
‑
CoAlO。
[0006]目前使用的催化燃烧催化剂多为负载型催化剂，负载型催化剂是将催化活性成分负载在一种合适的载体上，并通过一定的工艺提高活性组分的分散度，增强催化剂的热稳定性。制备方法上目前多使用浸渍法对催化剂进行负载，然而此法制得的催化剂分散性差，
影响催化剂的稳定性和催化效率。
[0007]通过以上的分析可知，通过合适的工艺开发出高活性、高稳定性的非贵金属催化燃烧型催化剂具有较高的实际应用价值。本专利技术采用共沉淀加高温烧结的方法在A12O3载体上负载活性组分钴(Co)、铈(Ce)、铜(Cu)和锰(Mn)，制成非贵金属负载型催化剂，相比于贵金属催化剂，成本更低，而共沉淀加高温烧结的方法可使活性成分均匀的分布在载体上。

技术实现思路

[0008]为解决
技术介绍
中提到的问题，本专利技术提供一种总有机碳(TOC)催化剂及其制备方法和应用，采用共沉淀加高温烧结的方法在A12O3载体上负载活性组分钴、铈、铜和锰，制成高活性、高稳定性的非贵金属负载型催化剂，相比于贵金属催化剂，成本更低，且活性成分分布更均匀。
[0009]一方面，本专利技术提供一种总有机碳(TOC)催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
[0010]S1.将多孔载体浸泡在浓度为5～10mg/mL的KMnO4溶液中，并水浴加热，而后将A12O3取出干燥备用，得到KMnO4‑
Al2O3；
[0011]S2.将KMnO4‑
A12O3置于含Ce
3+
、Co
2+
和Cu
2+
的混合溶液中，水浴加热后，取出备用；
[0012]S3.将S2中制得的A12O3，经高温烧结、清洗、干燥制得。
[0013]优选的，所述多孔载体为高比表面积的陶瓷材料，包括但不限于ZSM
‑
5、SBA
‑
5、A12O3。
[0014]优选的，所述多孔载体需依次用蒸馏水、无水乙醇超声清洗后烘干备用。
[0015]优选的，所述混合溶液的制备方法为：将六水合硝酸铈、六水合硝酸钴、无水硫酸铜和九水合硝酸铁依次加入一定量的蒸馏水中，搅拌至完全溶解，配成混合溶液；其中，六水合硝酸钴的浓度为20～50mg/mL，六水合硝酸铈的浓度为20～50mg/mL，无水硫酸铜的浓度为20～50mg/mL。
[0016]优选的，所述S1中水浴加热条件为：水浴温度为60～70℃，水浴时间为8
‑
10h。
[0017]优选的，所述S2水浴加热条件为：水浴温度为50～60℃，水浴时间为22～24h，水浴期间，每隔3～5h，搅拌10～20s。
[0018]优选的，S3中烧结条件为：以10～15℃/min的升温速率，从室温升温至550
‑‑
700℃，烧结2
‑
4h，烧结结束后，冷却至室温。
[0019]另一方面，本专利技术提供一种总有机碳(TOC)催化剂，关键在于：包括多孔载体，所述多孔载体上依次覆有第一涂层和第二涂层，所述第一涂层为KMnO4层，所述第二涂层为Ce
3+
@Co
2+
@Cu
2+
层。
[0020]优选的，所述多孔载体的直径为3～5mm，所述KMnO4层的厚度为54μm～93μm，所述Ce
3+
@Co
2+
@Cu
2+
层的厚度为34μm～54μm。
[0021]另一方面，本专利技术提供一种总有机碳(TOC)催化剂可以用于催化燃烧氧化TOC。
[0022]有益效果：与现有技术相比，本专利技术采用共沉淀加高温烧结的方法在陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种总有机碳(TOC)催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：S1.将多孔载体浸泡在浓度为5～10mg/mL的KMnO4溶液中，并水浴加热，而后将A12O3取出干燥备用，得到KMnO4‑
Al2O3；S2.将KMnO4‑
A12O3置于含Ce
3+
、Co
2+
和Cu
2+
的混合溶液中，水浴加热后，取出备用；S3.将S2中制得的A12O3，经高温烧结、清洗、干燥制得。2.根据权利要求1所述的一种总有机碳(TOC)催化剂的制备方法，其特征在于：所述多孔载体为高比表面积的陶瓷材料，包括但不限于ZSM
‑
5、SBA
‑
5、A12O3。3.根据权利要求1所述的一种总有机碳(TOC)催化剂的制备方法，其特征在于：所述多孔载体需依次用蒸馏水、无水乙醇超声清洗后烘干备用。4.根据权利要求1所述的一种总有机碳(TOC)催化剂的制备方法，其特征在于所述混合溶液的制备方法为：将六水合硝酸铈、六水合硝酸钴、无水硫酸铜和九水合硝酸铁依次加入一定量的蒸馏水中，搅拌至完全溶解，配成混合溶液；其中，六水合硝酸钴的浓度为20～50mg/mL，六水合硝酸铈的浓度为20～50mg/mL，无水硫酸铜的浓度为20～50mg/mL。5.根据权利要求1所述的一种总有机碳(TOC)催化剂的制备方法，其特征在于：所述S1...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃思杰，严百平，罗亮亮，黎文钦，陈赟，张伟政，
申请(专利权)人：深圳市朗石科学仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：