一种催化氧化催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种催化氧化催化剂，所述催化剂包括活性组分、改性载体及带孔陶瓷，其中，所述活性组分为贵金属RuO2，改性载体为复合金属氧化物；所述活性组分负载于改性载体上，负载活性组分的改性载体涂覆于所述带孔陶瓷上。本发明专利技术还提供了CVOCs催化氧化催化剂的制备方法，通过采用沉积

【技术实现步骤摘要】
一种催化氧化催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于VOCs治理领域，涉及一种催化氧化催化剂，更具体地涉及一种蜂窝陶瓷载体的RuO2/改性TiO2或Al2O3催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，即VOCs)是大气中形成雾霾并导致光化学烟雾和破坏臭氧层的主要原因之一，严重危害着人类的生命健康。常见的VOCs主要包括烷烃、烯烃、卤代烃、醇、醛、醚、酯等，其中含氯挥发性有机物(CVOCs)危害性尤为严重，主要有氯代烷烃、氯代烯烃、氯代芳烃等，其来源主要是医药、农药及部分精细化工生产企业。CVOCs治理的方法包括吸附法、吸收法、冷凝法、膜分离法等回收技术，以及催化氧化法、直接燃烧法、生物降解法、光催化法、低温等离子体降解法等销毁技术。催化氧化法具有转化率高，起燃温度低，运行能耗低以及副产物少等优势，是一种消除CVOCs的优势技术。
[0003]催化氧化过程的核心是催化剂。催化氧化处理CVOCs的催化剂可分为以Pt、Pd和Ru基为主的贵金属催化剂和以过渡金属为主的非贵金属催化剂。Pt、Pd基贵金属催化剂催化活性好，但价格高，对高温和氯中毒敏感。Ru基贵金属催化剂能催化Deacon反应的发生，使Cl从催化剂表面脱除，使催化剂有较高的活性和稳定性。过渡金属复合氧化物价格相对低廉，抗中毒性能优良，但活性低于贵金属催化剂。因此，Ru基贵金属催化剂是目前处理CVOCs研究热点。
[0004]中国专利文献CN111420697A公开了一种Pt/Ce
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USY催化剂，对含氯及非含氯VOCs均具有良好的低温催化氧化活性和稳定性。中国专利文献CN108295852B公开了一种Ru/Ce
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Zr催化剂，该催化剂处理CVOCs在较低的温度下仍保持较好的活性和转化率。中国专利文献CN112108191A公开了一种RuCo双金属纳米粒子载体催化剂，该催化剂的制备工艺简单、成本低、纳米粒子形貌规整可控，对含氯及非含氯VOCs均具有良好的低温催化氧化活性和稳定性；但是，纳米材料由于其表面活性高，容易结块或改变表面结构，从而降低其催化效果。而且，这些研究大部分都只停留在贵金属负载阶段，并未进行后续涂覆及活性研究，工业装置处理CVOCs使用的催化剂都是陶瓷涂覆成型的，有的合成工艺较复杂，例如将金属氧化物与分子筛一起制备改性载体负载贵金属，放大效应较明显，实现工业化困难较大。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种催化活性高、且催化稳定性优异的催化氧化催化剂及其制备方法，并应用于二氯甲烷、氯苯等CVOCs的催化燃烧性能。具体的，通过采用沉积
‑
沉淀法将TiO2或Al2O3载体改性，将Ru前躯体氧化成RuO2纳米颗粒溶胶，然后将其负载于改性的载体上，最后与粘结剂一起混合涂覆于带孔陶瓷载体，经过焙烧后得到所述催化剂。该催化剂应用在催化燃烧CVOCs中具有较高的催化活性和稳定性。本专利技术对催化剂的制备进行了系统的研究(载体改性、贵金属负载和带孔陶瓷涂覆)，工艺流程简单，催化活性较佳，工业化可行性大。
[0006]为实现上述目的之一提供一种催化氧化催化剂，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0007]一种催化氧化催化剂，所述催化剂包括活性组分、改性载体及带孔陶瓷，其中，所述活性组分为贵金属RuO2，改性载体为复合金属氧化物；所述活性组分负载于改性载体上，负载活性组分的改性载体涂覆于所述带孔陶瓷上。
[0008]优选的，所述复合金属氧化物的改性载体组成具有通式M
‑
N，其中M为V2O5、CeO2、Cr2O3、MnO2、ZrO2、CoO、SnO2、MgO或CuO中的至少一种，N为TiO2或Al2O3中的一种。
[0009]进一步的，所述复合金属氧化物M
‑
N，其中，M与N的质量比范围为1:(1～10)。
[0010]优选的，所述活性组分RuO2在所述改性载体上的负载量范围为0.1wt％～3.0wt％。
[0011]优选的，所述改性载体的制备方法为沉淀
‑
沉积法，所述沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠中的至少一种。
[0012]优选的，在活性组分负载之前，先将贵金属Ru前驱体中的Ru
3+
通过氧化剂氧化成活性组分RuO2。
[0013]进一步的，所述的氧化剂为高锰酸钾、双氧水、硝酸、次氯酸钠中的任一种。
[0014]优选的，将改性载体与粘结剂混合后，涂覆于所述带孔陶瓷上。
[0015]进一步的，所述粘结剂为酸性硅胶、羧甲基纤维素钠、吐温
‑
20、聚乙烯醇、聚乙二醇中的任一种或多种的组合。
[0016]优选的，负载活性组分的改性载体在所述带孔陶瓷上的涂覆量范围为5g/L～100g/L。
[0017]本专利技术的目的之二在于提供一种催化氧化催化剂的制备方法，包括如下制备步骤：
[0018](1)分别配制金属氧化物M、N的前驱体水溶液，在40℃～80℃水浴下进行搅拌混合，滴加沉淀剂溶液，pH调至7～11，静置陈化1～10h，然后抽滤，用去离子水多次洗涤至中性，在60～120℃下干燥6～10h，400～700℃焙烧3～6h后，得到改性载体复合金属氧化物M
‑
N；
[0019](2)将RuCl3固体溶解在去离子水中，加入溶液总质量0.1％～5％的氧化剂，通过前处理制得RuO2纳米颗粒溶胶；
[0020](3)将粉末状M
‑
N复合氧化物分散在去离子水中，加入RuO2纳米颗粒溶胶，搅拌1～4h过滤，去离子水洗涤多次至滤液中无Cl
—
，在60～120℃下干燥1～10h，400～700℃焙烧3～6h，制得RuO2/M
‑
N催化剂；
[0021](4)在40～80℃水浴中，加入去离子水，分批次加入粘结剂，待全部溶解后，加入RuO2/M
‑
N催化剂，恒温搅拌1～4h；将堇青石放入浆液中室温浸泡10～60s，在60～120℃下干燥1～10h，400～600℃焙烧1～3小时，制得带孔陶瓷催化剂成品。
[0022]本专利技术的目的之三在于提供一种催化氧化催化剂的应用，用于含氯挥发性有机物的催化氧化处理中。
[0023]有益效果：
[0024]1)本专利技术所提供的催化氧化催化剂，浸渍负载之前，特别地将贵金属前驱体中Ru
3+
通过氧化剂氧化成Ru
4+
，增从而增加了催化剂中Ru
4+
的含量，而RuO2表面存在不饱和配位的Ru原子，通过以恰当比例进行负载，使其强烈吸附物料分子并发生催化氧化反应，有效地提
高了催化活性，尤其适用于CVOCs的催化氧化深度处理。
[0025]2)本专利技术采用沉淀
‑
沉积法进行复合金属氧化物的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化氧化催化剂，其特征在于：所述催化剂包括活性组分、改性载体及带孔陶瓷，其中，所述活性组分为贵金属RuO2，改性载体为复合金属氧化物；所述活性组分负载于改性载体上，负载活性组分的改性载体涂覆于所述带孔陶瓷上。2.根据权利要求1所述的催化氧化催化剂，其特征在于：所述复合金属氧化物的改性载体组成具有通式M
‑
N，其中M为V2O5、CeO2、Cr2O3、MnO2、ZrO2、CoO、SnO2、MgO或CuO中的至少一种，N为TiO2或Al2O3中的一种。3.根据权利要求2所述的催化氧化催化剂，其特征在于：所述复合金属氧化物M
‑
N，其中，M与N的质量比范围为1:(1～10)。4.根据权利要求1所述的催化氧化催化剂，其特征在于：所述活性组分RuO2在所述改性载体上的负载量范围为0.1wt％～3.0wt％。5.根据权利要求1所述的催化氧化催化剂，其特征在于：所述改性载体的制备方法为沉淀
‑
沉积法，所述沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠中的至少一种。6.根据权利要求1所述的催化氧化催化剂，其特征在于：在活性组分负载之前，先将贵金属Ru前驱体中的Ru
3+
通过氧化剂氧化成活性组分RuO2。7.根据权利要求1所述的催化氧化催化剂，其特征在于：将...

【专利技术属性】
技术研发人员：方志勇，宋翔宇，宋德安，卢涵斌，周志军，胡志健，胡佳庆，徐峰，
申请(专利权)人：安徽省博广运环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：