一种蜂窝体催化剂及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供了一种蜂窝体催化剂及其制备方法、应用，所述蜂窝体催化剂的制备方法包括：将含有所述活性成分的催化剂原粉与粘结剂、分散剂混合形成混合物，加水形成浸渍液；将经过酸处理的所述陶瓷蜂窝载体反复经过依次在所述浸渍液中浸渍、干燥、焙烧的步骤得到所述蜂窝体催化剂。本发明专利技术的蜂窝体催化剂的制备方法显著提高了催化剂本身的稳定性，降低了催化剂的活性成分的脱落率，提高了催化剂的CO催化效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种蜂窝体催化剂及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及CO催化领域，具体而言，涉及一种蜂窝体催化剂及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]钢铁烧结烟气CO含量高，通常浓度可达6000～20000ppm(7500～25000mg/m3)，但目前尚未有具体净化手段或明确环保指标及监管措施对烧结烟气CO进行减排管控。烟气CO直接排空，导致钢厂内部及相关区域环境大气中CO浓度水平普遍偏高。CO是剧毒气体，当空气中CO含量达到12000ppm时，会在1～3min内致人死亡。国家《工业企业设计卫生标准》(TJ 36～1979)中要求居住区大气中有害物质的最高CO容许浓度为3.00mg/m3(2.4ppm，一次值)；《职业性接触毒物危害程度分级》(GBZ230～2010)中职业接触限值最高CO容许浓度为20mg/m3(16ppm)。
[0003]开发针对烧结烟气中CO的高效净化脱除技术较为迫切。烧结烟气流量大(100～200万Nm3/h)、温度较低(50～130℃)、湿度高(RH>90％)，成分复杂，高效且适配的CO净化技术有限。在众多方法中，基于促进CO与烟气中O2(浓度约15％)反应转化形成CO2原理的低温催化氧化法因净化效率高、操作温度低、易于操作和环境友好等特点而备受青睐。然而，催化剂的长期应用实践证实，较低操作温度会造成较低催化效率，高湿度则会导致常见贵金属基或非贵金属基催化剂严重失活，复杂烟气成分亦会进一步加剧催化剂的失活速率。此外，大流量烟气会在有限催化剂填装占地空间条件下引起较大的风阻，提高风机能耗；对应较高速气流的长期冲击则会引起成型催化剂粉化，被吹入管路中造成堵塞问题。因此，在烧结烟气严苛条件下保持催化剂催化活性及机械性能的长期稳定，并同时兼顾解决能耗、占地、管路堵塞等工程问题，成为当前烧结烟气CO低温催化氧化技术应用所面临的最大挑战。
[0004]在一氧化碳的选择性氧化反应中，研究较多的催化剂有金、铂和铑等贵金属体系，但由于储量有限和成本较高限制了此类催化剂的发展。目前广泛用于净化CO净化的主要由霍加拉特颗粒催化剂与铂、钯等贵金属整体式催化剂。霍加拉特催化剂极其怕水，使用时需要配用大量干燥剂；铂、钯贵金属整体式催化剂具有较好的抗水性，但是成本高，使用温度一般需要300℃以上，且贵金属易烧结失活。该类催化剂具有优异的催化活性及稳定性，但是价格昂贵；非贵金属一氧化碳催化剂主要为霍加拉特剂，矿井避难洞室以及其他密闭空间普遍采用将大量霍加拉特催化剂放在通风管道中的方式进行一氧化碳气体净化，这种净化方式对一氧化碳净化效率极低、并造成催化剂浪费。因此研究一种用于一氧化碳净化的非贵金属整体式催化剂具有重要社会意义。
[0005]此外，传统CO氧化催化剂均为颗粒状，使得催化剂的存在如下缺点(1)装卸麻烦；(2)不易成型且机械强度不能达到要求；(3)传质传热受阻很大，降低处理效率；(4)催化剂床层前后压降相差大，增加能耗。
[0006]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的第一目的在于提供一种蜂窝体催化剂，该蜂窝体催化剂通过采用陶瓷材料作为催化剂的载体，并通过对活性成分的合理配比提高了催化剂本身的催化效果，并同时提高催化剂的稳定性。
[0008]本专利技术的第二目的在于提供上述蜂窝体催化剂的制备方法，该制备方法通过采用多次浸渍干燥焙烧的方式以提高催化剂的负载量，并降低脱落率，从而可以使催化剂粉末负载的更加均匀，催化效果更为优异。
[0009]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0010]本专利技术提供了一种蜂窝体催化剂，该催化剂主要由陶瓷蜂窝载体以及活性成分构成，所述氧化锰、氧化铜以及其他金属氧化物之间的质量比为(50～90)：(5～50)：(1～10)，所述活性成分以氧化锰、氧化铜为主要成分，其他金属氧化物为辅助成分。
[0011]上述催化剂属于以陶瓷材料作为载体的整体式催化剂，通过将催化剂的活性组份、结构化载体和反应器三者集成，单位体积床层的几何表面积大，具有传质、传热效率高、床层压降低、催化效率高等优点，有利于反应物在催化剂表面的吸附和生成物的脱附释放、热量的移出，强化化学反应过程，而且反应器易于组装、维护和拆卸。
[0012]该陶瓷基整体式催化剂由于其热膨胀系数小、稳定性高和耐热性好等优点，其催化效果已经表现出超越颗粒状催化剂的杰出性能。
[0013]本专利技术的蜂窝体催化剂通过对活性成分的有效配比，提高了催化剂的催化效果，通过掺杂其他金属粉氧化物显著提高了催化剂本身的抗水性。
[0014]优选地，本专利技术的蜂窝体催化剂中，其他金属氧化物可包括氧化铈、氧化锡、氧化钴、氧化镧、氧化镨、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化钾、氧化钙、氧化锌、氧化镁以及氧化镍中的任意一种或几种。上述金属氧化物通过与氧化锰、氧化铜等主要成分的配合提高了整体催化剂的催化效果。
[0015]优选地，在本专利技术的蜂窝体催化剂中，陶瓷蜂窝载体可包括刚玉、堇青石、钛酸铝、氧化铝、莫来石、碳化硅以及硅酸镁中的任意一种或几种，优选地为堇青石，该类型的陶瓷蜂窝载体成本低，效果好。
[0016]为了解决颗粒状催化剂在使用中的问题，优化非均相催化反应，本专利技术提供了一种整体式催化剂，这类催化剂兼有催化剂和反应器两者的性能与特点，相比于颗粒状催化剂有如下优点：1)催化剂床层局部孔隙率呈均匀分布；2)催化剂床层的压降低；3)传质速率快，反应迅速；4)催化剂的活性和选择性较高；5)不易粉化；6)机械强度高，稳定性强；7)催化剂装卸简便，其反应器也易于维护，减少了操作费用。
[0017]本专利技术除了提供了一种蜂窝体催化剂产品，还提供了上述蜂窝体催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0018]将含有所述活性成分的催化剂原粉与粘结剂、分散剂混合形成混合物，加水形成浸渍液；
[0019]将经过酸处理的所述陶瓷蜂窝载体反复经过依次在所述浸渍液中浸渍、干燥、焙烧的步骤得到所述蜂窝体催化剂。
[0020]专利技术人通过长期实践发现，负载型整体式催化剂载体成本比较低，可以充分利用流道及活性组分，但是也存在如下问题：负载型催化剂存在负载不均匀，负载稳定性差，使
用过程中易吹粉，粉末容易堵塞管路等问题。载体与催化剂之间粘附性不够好，会影响到催化剂活性与稳定性。
[0021]因此为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种蜂窝体催化剂的制备方法，该制备方法通过多次浸渍、干燥、焙烧的步骤提高了活性成分在载体上的负载量，降低脱落率，使得催化剂粉末负载的更为均匀，反复的次数一般可为1～10次，优选地为3～5次。
[0022]优选地，在浸渍的过程中，保证浸渍液一定的浓度也是为了提高负载效果的关键，因此浸渍液的质量百分比浓度为5～50wt％，优选地为20～30wt％，在反复操作的过程中，每次浸渍时均需要保证浸渍液在上述浓度范围内，这样才能达到相应的专利技术效果，提高催化剂的稳定性，一般浸渍液的浓度不宜过高，低浓度的浸渍液可以提高负载的均匀度。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝体催化剂，其特征在于，主要由陶瓷蜂窝载体以及活性成分构成，所述氧化铜、氧化锰以及其他金属氧化物之间的质量比为(5～50)：(50～90)：(1～10)，所述活性成分以氧化锰、氧化铜为主要成分，其他金属氧化物为辅助成分。2.根据权利要求1所述的蜂窝体催化剂，其特征在于，其他所述金属氧化物包括氧化铈、氧化锡、氧化钴、氧化镧、氧化镨、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化钾、氧化钙、氧化锌、氧化镁以及氧化镍中的任意一种或几种。3.根据权利要求1所述的蜂窝体催化剂，其特征在于，所述陶瓷蜂窝载体包括刚玉、堇青石、钛酸铝、氧化铝、莫来石、碳化硅以及硅酸镁中的任意一种或几种，优选地为堇青石。4.权利要求1～3任一项所述的蜂窝体催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将含有所述活性成分的催化剂原粉与粘结剂、分散剂混合形成混合物，加水形成浸渍液；将经过酸处理的所述陶瓷蜂窝载体反复经过依次在所述浸渍液中浸渍、干燥、焙烧的步骤得到所述蜂窝体催化剂；优选地，反复的次数为1～10次，优选地为3～5次。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍液的质量百分比浓度为5～50wt％，优选地为20～30wt％。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述干燥过程中，保持浸渍后的所述陶瓷蜂窝载体维持1～10wt％的水含量。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素、羧丙基甲基纤维素、硅酸钠、硅酸四乙酯、硅溶胶粘结剂，铝溶胶粘结剂，硅铝胶粘结剂和聚乙烯醇中的任意一种或几种，所述粘结剂为所述混合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子宜，刘应书，张璇，姜理俊，杨雄，刘梦溪，刘文海，
申请(专利权)人：中大汇智源创北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：