一种抗硫中毒的整体型催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种抗硫中毒的整体型催化剂及其制备方法和应用，属于环境催化技术领域。所述催化剂由92～99.4％催化剂载体、0.5～5％活性组份和0.1～3％辅助组份组成，不仅具有优异的VOCs净化消除能力，而且具有优异的抗硫中毒能力，能够在低至155℃下实现对VOCs废气的净化消除效率达到99％以上，且对含硫废气的净化消除效率也可达到98％以上；所述催化剂采用浸渍法将活性组分负载在合成氧化硅基的复合氧化物载体上，然后连续在不同温度区间焙烧成型；所述方法制备得到的整体型催化剂活性组分与催化剂载体之间相互作用稳定，催化性能优异。异。

【技术实现步骤摘要】
一种抗硫中毒的整体型催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种抗硫中毒的整体型催化剂及其制备方法和应用，属于环境催化


技术介绍

[0002]挥发性有机物(VOCs)不仅会直接对人体健康和环境造成危害，同时也是形成细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)等环境污染物的重要前体物。为打赢蓝天保卫战、进一步改善环境空气质量，迫切需要全面加强重点行业VOCs综合治理。目前，国内外具有应用实例的VOCs处理技术包括吸收法、吸附法、冷凝法、膜分离法、生化法、低温等离子体法、光催化氧化法、直接燃烧法和催化燃烧法，其中催化燃烧技术以其净化率高、燃烧温度低(一般低于350℃)、燃烧没有明火、不会有NO
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等二次污染物的生成和安全节能环保等特点，成为近些年市场应用最广泛的技术。催化剂是催化燃烧技术的核心，以活性组分论，分为贵金属负载型催化剂(常用的有Pt、Pd、Rh、Ru等)和非贵金属催化剂两类。贵金属催化剂以其较低的使用温度、良好的催化活性和稳定性成为国内外当前主流的VOCs净化催化剂产品。
[0003]含有机硫化合物废气是指含有噻吩、硫醇、硫醚等有机硫化合物的废气，是VOCs的重要组成部分。在几乎所有的碳氢化合物的原料中都含有有机硫化合物，特别在染料制造、农药生产、涂料工业、皮革生产、垃圾填埋和废水处理等过程中，会产生大量的挥发性有机硫化合物。一方面，吸附在催化剂上的无机或有机含硫物质对活性组份产生电子效应和屏蔽作用，从而改变活性组份的化学结构和性质，导致催化剂失活；另一方面，吸附在催化剂上的含硫物质易与反应气氛中的氧作用，转化为金属硫酸盐，硫酸根在催化剂上的积累，不仅改变催化剂的酸碱性质，同时覆盖催化剂活性中心，抑制反应物分子在催化剂活性位上的吸附与转化，致使催化剂失活。同时，含硫物质也会与作为催化剂载体的氧化物成份发生化学反应，造成载体结构破坏、孔道堵塞、活性组份被包埋等现象从而使得催化剂失去活性。因此，在处理含硫工业废气时，不仅要求催化剂的催化活性高、稳定性好，更要求催化剂抗硫性能好，从而在含硫VOCs存在的条件下仍然可以高效稳定地净化消除VOCs污染物。
[0004]目前国内外已有相关专利公开了可用于VOCs消除的催化剂及其制备工艺。其中，专利申请CN201711453618.3公开了一种具有抗硫中毒性能的VOCs催化燃烧催化剂及其制备方法，所述催化剂以Ce
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Sb
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A
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O2为活性组份，以TiO2为载体，其中A为Cu、Co、Mn中的至少一种，0.6≤x≤1.0，0.2≤y≤0.4，0＜z≤1；制备方法是：先制备活性组分，后制备助催化剂前驱体溶液，两者混合后烘干、煅烧即得，其具有较好的抗硫中毒能力且用于甲苯消除的效率可达94％；但是所述催化剂为非贵金属催化剂，用于甲苯消除的适用温度较高、能耗高，颗粒状催化剂存在催化剂床层压降大，反应物在催化剂颗粒表面分布不均以及催化剂床层各点温度梯度大等缺陷，并且未进行整体型催化剂制备和模拟工业尾气治理评价。
[0005]整体型催化剂是通过将催化剂活性组分与整块式的催化剂载体相结合，从而应用于催化反应的一种催化剂。整体式催化剂载体通常孔隙率很高，与传统的颗粒状催化剂相比，整体式催化剂具有床层压降低，同时传质，传热效果好，易于更换等优点。专利
US11130116B2公开了一种整体型的耐硫催化剂体系，包括一种含铂的活性贵金属组分催化材料以及一种表面含有二氧化硅的氧化锆耐硫载体材料，其中至少50％的耐硫载体材料是无定形的；但是，所述催化剂中含氧化铝组份以粘合剂形式引入，且氧化铝用量最高不超过催化剂涂层的10wt.％，故铂等活性贵金属与该载体相互作用弱，对其催化氧化能力和抗硫性能持久性有不利影响。另一方面，所述专利并未公开其催化剂载体的具体制备方案，无法明确制备方法和相关工艺参数对所得催化剂结构和性能的影响。

技术实现思路

[0006]为克服现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的之一在于提供一种抗硫中毒的整体型催化剂；所述整体型催化剂活性组分与催化剂载体之间相互作用稳定，孔隙率高、催化VOCs消除的反应温度低，能耗低；
[0007]本专利技术的目的之二在于提供一种抗硫中毒的整体型催化剂的制备方法；所述制备方法通过对相关工艺参数的优化，能够制备得到各组份混合均匀、活性贵金属稳定、均匀分散在比表面积大、孔道结构丰富的载体材料上的整体型催化剂；
[0008]本专利技术的目的之三在于提供一种抗硫中毒的整体型催化剂的应用。
[0009]为实现本专利技术的目的，提供以下技术方案。
[0010]一种抗硫中毒的整体型催化剂，以所述催化剂总体质量为100％计，各组成成分及其质量分数如下：
[0011]活性组分
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0.5～5％；
[0012]辅助成分
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0.1～3％；
[0013]催化剂载体
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92～99.4％；
[0014]优选的，以所述催化剂总体质量为100％计，各组成成分及其质量分数如下：
[0015]活性组分
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1.65～3.24％；
[0016]辅助成分
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0.84～0.86％；
[0017]催化剂载体
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95.92～97.49％；
[0018]所述活性组分为Pt、Pd和Ru，并且Pd和Pt的质量比为Pd/Pt＝0～3，Ru和Pt的质量比为Ru/Pt＝0～3，Pd和Ru的质量之和与Pt的质量比为(Pd+Ru)/Pt＝0～3；
[0019]所述辅助组分为氧化铈、氧化镧、氧化锌、氧化锡、氧化钾、氧化钠和氧化镁中至少一种；优选的，所述辅助组分为氧化铈、氧化镧、氧化钠或氧化锡；
[0020]所述催化剂载体为氧化硅基的复合氧化物SiO2‑
MO
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，其中，M为Al或Zr，1≤x≤2；
[0021]以所述氧化硅基的复合氧化物总体质量为100％计，MO
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质量分数为50％～98％，SiO2质量分数为2％～50％；
[0022]优选的，以所述氧化硅基的复合氧化物总体质量为100％计，MO
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质量分数为50％～68％，SiO2质量分数为32％～50％。
[0023]一种本专利技术所述抗硫中毒的整体型催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0024](1)合成氧化硅基的复合氧化物载体SiO2‑
MO
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[0025]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗硫中毒的整体型催化剂，其特征在于：以所述催化剂总体质量为100％计，各组成成分及其质量分数如下：活性组分
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0.5～5％；辅助成分
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0.1～3％；催化剂载体
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92～99.4％；所述活性组分为Pt、Pd和Ru，并且Pd和Pt的质量比为Pd/Pt＝0～3，Ru和Pt的质量比为Ru/Pt＝0～3，Pd和Ru的质量之和与Pt的质量比为(Pd+Ru)/Pt＝0～3；所述辅助组分为氧化铈、氧化镧、氧化锌、氧化锡、氧化钾、氧化钠和氧化镁中至少一种；所述催化剂粉体载体为氧化硅基的复合氧化物SiO2‑
MO
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，其中，M为Al或Zr，1≤x≤2；以所述氧化硅基的复合氧化物总体质量为100％计，MO
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质量分数为50％～98％，SiO2质量分数为2％～50％。2.根据权利要求1所述一种抗硫中毒的整体型催化剂，其特征在于：以所述催化剂总体质量为100％计，各组成成分及其质量分数如下：活性组分
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1.65～3.24％；辅助成分
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0.84～0.86％；催化剂粉体载体
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95.92～97.49％。3.根据权利要求1或2所述一种抗硫中毒的整体型催化剂，其特征在于：以所述氧化硅基的复合氧化物总体质量为100％计，MO
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质量分数为50％～68％，SiO2质量分数为32％～50％。4.根据权利要求1或2所述一种抗硫中毒的整体型催化剂，其特征在于：所述辅助组分为氧化铈、氧化镧、氧化钠或氧化锡。5.一种如权利要求1～4任一项所述抗硫中毒的整体型催化剂的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：(1)合成氧化硅基的复合氧化物载体SiO2‑
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(a)将Si源加入到溶剂A中配成溶液A，将Al源或Zr源加入到溶剂B中配成溶液B，将溶液B加入到溶液A中，搅拌均匀，得到溶液C；所述Si源为氧化硅、硅酸四乙酯、硅溶胶、硅酸钠、水玻璃或四甲基硅烷；所述Al源为铝溶胶、AlCl3、异丙醇铝或拟薄水铝石；所述Zr源为正丙醇锆、异丙醇锆、硝酸氧锆、硝酸锆或硅酸锆；所述溶剂A和溶剂B为分别独立的水或乙醇水溶液；(b)向溶液C中加入柠檬酸和十六烷基三甲基溴化铵，搅拌反应3～8h，抽滤得到固体；添加的柠檬酸和十六烷基三甲基溴化铵的质量总和为Si源质量的5～25％；或者向溶液C中加入pH调节剂，调节溶液pH值达到8.5～11，搅拌反应6～8h，抽滤得到固体；所述pH调节剂为氨水、氢氧化钠或尿素；(c)将得到的固体在120℃干燥10h后，以5℃/min升温速率到500℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：程彦虎，王学明，彭召静，王涛，张龙龙，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一八研究所，
类型：发明
国别省市：