一种利用超声双雾化法制备蜂窝催化剂及其催化氧化降解VOCs的用途制造技术

本发明专利技术属于蜂窝催化剂制备领域，具体涉及一种利用超声双雾化法制备蜂窝催化剂及其催化氧化降解VOCs的用途。本发明专利技术先将原蜂窝前处理后进行表面改性，即硝酸酸化、乙醇水热活化。称取可溶性无机金属盐溶液为反应液，以为氨水作为沉淀剂，将反应液和沉淀剂溶液分别置于超声雾化装置中雾化，雾气通入置有表面处理的蜂窝载体的密闭反应器中，微型雾液滴在空中碰撞并在蜂窝载体表面接触反应，在蜂窝表面生成氢氧化物前驱体，干燥，煅烧，得到蜂窝负载过渡金属氧化物整体式催化剂。该方法工艺简单、绿色经济，制得蜂窝催化剂活性组分的颗粒细小均匀、与载体粘附性好、比表面积大，对VOCs气体的催化氧化降解性能良好。催化氧化降解性能良好。

【技术实现步骤摘要】
一种利用超声双雾化法制备蜂窝催化剂及其催化氧化降解VOCs的用途


[0001]本专利技术属于环境保护领域中整体式催化剂制备
，具体涉及蜂窝陶瓷负载金属氧化物整体式催化剂的制备方法和其应用。
技术背景
[0002]随着石油化工、喷涂、制鞋业和印刷等行业的迅速发展，以芳烃类有机物为代表的挥发性有机化合物(VOCs)排放量逐渐增加，对环境、动植物生长及人类健康构成很大威胁。目前，去除挥发性有机化合物的方法有吸附法、直接焚烧法、光催化法、催化氧化法，催化氧化技术因具有净化率高、无二次污染、能耗低的特点成为当前有机废气治理行业的研究热点，而制备廉价高效的催化剂又是催化氧化技术的核心。
[0003]钴锰等过渡金属氧化物因表现出优良的催化氧化活性,且具备经济实用、效率高、使用方便等优点,被广泛应用于降解VOCs。与粉末催化剂相比，整体式催化剂由许多狭窄、直的或是弯曲的平行通道的整体结构组成，传质速度快、放大效应小、床层压降低，循环利用率高，具有超越传统颗粒催化剂的优越性能，接近工程化实际条件等优点。
[0004]目前通常采用涂覆法制备整体式催化剂，但涂覆易造成催化剂载体表面涂覆不均匀，粘附性差。还存在超声波雾化法在载体上沉积活性组分。专利CN 108187672A专利技术了一种基于超声波雾化技术制备的甲醛净化及制备方法，将含有活性组分和助剂的混合溶液置于的雾化池，溶液雾化后由载气(空气)带入石英管，与多孔材料接触反应，反应后产物经过干燥、焙烧、还原，即得甲醛净化材料。专利CN 113663707A提供了一种宏量制备多种甲醛分解催化剂的方法，首先将金属前驱体倒入溶剂中溶解，再加入有机配合物并搅拌均匀，得到配合物溶液；将准备好的催化剂载体材料铺平，通过雾化器将配合物溶液沉积于催化剂载体材料表面；最后烘干并煅烧，得到常温下分解甲醛的催化剂。这些技术超声单雾化的前驱悬浊液已是氢氧化物，或者是添加了有机粘结剂试剂，在蜂窝表面氧化物颗粒粒径较大、分散性较差，会团聚。限制了其催化活性位的暴露化剂活性组分。
[0005]超声双雾化技术在材料制备方面已得到应用，如超声雾化法制备单分散纳米CeO2，将反应溶液和沉淀剂分别雾化，使其两种雾滴在空中相遇发生沉淀反应，该方法可使反应液和沉淀剂达到微观充分混合，将化学反应局限在液滴的微小区域形成微反应器，有利于形成大量微细晶核，在纳米粉末材料制备方面具有一定优势，但双超声雾化制粉体是在开放式空中反应微区，反应雾滴沉降到烧杯收集后去煅烧后即可得到，如果用于开放空间，液滴沉积效果差，收集率较差，且粒径均匀性不理想。
[0006]本专利技术提供一种超声双雾化工艺制备蜂窝负载整体式催化剂技术，该技术设备简单，不添加有机粘结剂，反应液和沉淀剂分别雾化再通入反应器中，绿色经济，活性组分颗粒较小、分布均匀、粘附性好、收集率高，且无需将载体研磨成细小颗粒，蜂窝载体具有较好的热传质性能、较高的机械强度，VOCs在蜂窝孔道中具有足够的停留时间，蜂窝孔道暴露更多的活性位点，增大活性组分与 VOCs接触面积。最后，反应液和沉淀剂可以回收再利用，绿
色经济，具有工业化利用的潜力。

技术实现思路

[0007]为了解决整体式催化剂存在的上述问题，对蜂窝载体先进行酸处理，后进行醇活化，在处理后的蜂窝载体上利用超声双雾化的方法，将钴锰等过渡金属氧化物负载在蜂窝陶瓷制成整体式催化剂。具体包括：反应前驱体形成的细小雾滴在处理后蜂窝陶瓷孔道表面上接触、沉积，再经煅烧生成钴锰等过渡金属氢氧化物，从而制成蜂窝负载金属氧化物整体式催化剂。
[0008]为实现本专利技术的目的，采用的技术方案：
[0009](1)前处理蜂窝：将蜂窝清洗并吹扫孔道及表面，再置于烘箱中烘干。
[0010](2)蜂窝表面改性：将蜂窝置于硝酸溶液中酸化，取出后清洗干净再自然晾干，将蜂窝置于水热反应釜中，加入适量乙醇，水热活化再取出后自然晾干。
[0011]本专利技术先酸处理蜂窝再利用醇活化，可以有效解决超声双雾化和原蜂窝载体之间的协同性不足，收集率较差的问题。其中醇活化针是对超声双雾化气相反应的不足所进行的调整的。有利于金属离子和和氢氧根离子在载体表面沉积和接触。生成更多氧空位缺陷利于催化氧化反应。
[0012](3)将可溶性过渡金属无机盐溶于去离子水中，再充分搅拌置于烧杯中。
[0013](4)将沉淀剂氨水即28％的浓氨水溶液稀释至0.6mol/L
‑ꢀ
4.8mol/L。
[0014](5)将两种反应溶液分别置于超声雾化装置中雾化，蜂窝置于特制的石英玻璃反应器中，利用超声雾化装备系统将得到的前驱体溶液雾化成小雾滴，雾滴通过管路进入反应器中，在蜂窝载体孔道表面接触并迅速反应，继而在蜂窝表面生成氢氧化物前驱物。
[0015](6)将超声雾化结束的蜂窝整体式催化剂置入鼓风干燥箱中烘干，再置于马弗炉中煅烧1h
‑
5h，即可得到蜂窝负载过渡金属氧化物整体式催化剂。
[0016]本专利技术蜂窝为凹凸棒石蜂窝、堇青石蜂窝、莫来石、碳化硅蜂窝中的一种，初步水洗蜂窝后，烘干时间为3
‑
7h；
[0017]进一步，步骤(2)硝酸溶液质量浓度为5％
‑
15％，酸化时间为 6h
‑
18h。步骤(2)的乙醇溶液为25％
‑
75％，水热活化温度为120
‑ꢀ
180℃、时间为6
‑
18h；硝酸溶液和乙醇溶液的用量，完全淹没蜂窝载体即可；
[0018]进一步，步骤(3)可溶性无机金属盐为硝酸盐、硫酸盐、氯化物；如硝酸钴/锰/铈/镍/锌、硫酸钴/锰/铈/镍/锌、醋酸钴/锰/铈/镍/锌等。可溶性无机盐摩尔浓度为0.10
‑
0.40mol/L；可溶性无机盐和氨水两者之间的摩尔浓度比为1:x，其中3<x<12；
[0019]进一步，步骤(5)超声雾化器的震荡频率为1.7
‑
2.4MHz；超声雾化的时间为1
‑
5h；
[0020]进一步，步骤(6)马弗炉煅烧温度为300
‑
800℃，升温速率为 2
‑
5℃/min；煅烧时间为1
‑
5h；煅烧完毕后随炉降温至室温。
[0021]将本专利技术制备的蜂窝整体式催化剂，放入反应炉中，通过N2鼓泡对二甲苯，空气作为平衡气，同时通入固定床反应装置，之后反应炉升温，催化氧化降解对二甲苯并评估其催化活性。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：先对蜂窝载体进行酸处理，增大蜂窝的比表面积，为羟基、活性组分的均匀分布提供更多的附着位点。再对蜂窝载体进行醇活化，使
得蜂窝表面有大量羟基基团，沉积提供良好的反应环境。最后采用超声双雾化技术制备蜂窝整体式催化剂，活性组分原位生长在蜂窝载体表面，本专利技术氧化物纳米颗粒收集效率更高，粒径均匀、且无团聚现象，不仅是利于分散，还有提升活性组分与蜂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用超声双雾化法制备蜂窝催化剂，其特征在于：所述蜂窝催化剂的制备步骤如下：(1)将蜂窝置于硝酸溶液中酸化，取出后清洗干净再自然晾干，将蜂窝置于水热反应釜中，加入醇溶剂中，水热活化再取出后自然晾干；(2)将可溶性过渡金属无机盐溶于去离子水中，再充分搅拌，得到前驱体溶液；在配制沉淀剂溶液；将两种反应溶液分别置于超声雾化装置中雾化，蜂窝置于特制的石英玻璃反应器中，利用超声雾化装备分别将得到的前驱体溶液、沉淀剂溶液雾化成小雾滴，雾滴通过管路进入反应器中，在蜂窝载体孔道表面接触并迅速反应，继而在蜂窝表面生成氢氧化物前驱物；(3)将超声雾化结束的蜂窝整体式催化剂置入鼓风干燥箱中烘干，再置于马弗炉中煅烧，得到蜂窝负载过渡金属氧化物整体式催化剂。2.根据权利要求1所述利用超声双雾化法制备蜂窝催化剂，其特征在于：所述蜂窝催化剂的制备步骤如下：所述蜂窝为凹凸棒石蜂窝、堇青石蜂窝、莫来石、碳化硅蜂窝中的一种。3.根据权利要求1所述利用超声双雾化法制备蜂窝催化剂，其特征在于：所述硝酸溶液质量浓度为5％
‑
15％，酸化时间为6h
‑
18h；醇溶剂为乙醇溶液，质量分数为25％
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75％。4.根据权利要求1所述利用超声双雾...

【专利技术属性】
技术研发人员：李霞章，覃珊，姚超，左士祥，业绪华，高丙莹，桂豪冠，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：