一种抗硫中毒的催化燃烧用催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种抗硫中毒的催化燃烧用催化剂及其制备方法和应用，具体涉及废气处理领域。本发明专利技术所提供的抗硫中毒的催化燃烧用催化剂的制备方法，采用多元醇还原法将特定的第二金属与贵金属还原并均匀分散，并采用湿法浸渍将两种金属负载在催化剂载体上，两种金属之间能够相互依存，形成活性界面。基于第二金属硫酸盐的热稳定性更高，工业有机废气中的硫化物更易与第二金属结合，因此采用本发明专利技术所提供的制备方法制备出的抗硫中毒的催化燃烧用催化剂，其中的第二金属能够起到保护贵金属免受硫中毒的作用。除此之外，第二金属也能提供一定的催化活性，降低贵金属的用量，因此本发明专利技术所提供的制备方法能够降低催化燃烧的催化剂制备成本。制备成本。制备成本。

【技术实现步骤摘要】
一种抗硫中毒的催化燃烧用催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于废气处理领域，具体地，涉及一种抗硫中毒的催化燃烧用催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]工业有机废气中的挥发性有机物(VOCs)对大气环境和人体健康有着严重危害，因此去除工业有机废气中的VOCs，是大气污染防治领域的热门课题。
[0003]近年来，催化燃烧技术因其起燃温度低，能耗低，低温催化活性好，处理效率高、无副产物生成及催化剂可循环使用等一系列优点而被广泛应用于工业有机废气中VOCs的高效治理。对于催化燃烧技术而言，高性能的催化剂是其核心。贵金属催化剂对VOCs中脂肪族烃、芳香烃的燃烧具有优越的催化活性和稳定性，然而，贵金属资源稀缺、价格昂贵，这就导致贵金属催化剂价格较高；与此同时，贵金属容易与含硫工业有机废气中的硫化物结合，导致催化剂中毒，催化活性下降。这使贵金属催化剂的广泛应用受到了限制。
[0004]现有技术公开了一种核壳结构催化燃烧催化剂及其制备方法，将作为催化剂活性组分的贵金属氧化物，包裹在由SiO2与过渡金属氧化物组成的外壳中，利用外壳中的过渡金属氧化物吸附工业有机废气中的硫化物，提高了催化剂的抗硫稳定性，同时也能确保贵金属在使用过程中减少流失。然而，该现有技术中所提供的催化剂中贵金属含量较高，提高了催化剂的制备成本，同时该现有技术能够降低贵金属硫中毒的原理在于采用了包裹的形式将贵金属保护起来，但贵金属被壳层包裹后活性位点暴露不充分，同时壳层的存在也会使催化反应过程中的传质受到阻碍，从而大大影响催化剂的催化活性。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中用于催化燃烧工业有机废气的贵金属催化剂容易产生硫中毒、但保护贵金属的手段容易影响催化剂活性的问题，本专利技术提供了一种抗硫中毒的催化燃烧用催化剂的制备方法，采用第二金属作为“牺牲剂”转移了在硫中毒处理过程中对贵金属的不可逆毒害，在降低贵金属用量的同时保证了催化剂的催化活性。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种抗硫中毒的催化燃烧用催化剂。
[0007]本专利技术的又一目的在于提供一种上述抗硫中毒的催化燃烧用催化剂在废气处理方面的应用。
[0008]本专利技术上述目的，通过如下技术方案实现：
[0009]一种抗硫中毒的催化燃烧用催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：
[0010]S1.将贵金属盐与第二金属盐分别溶于水中，得到贵金属盐溶液和第二金属盐溶液；
[0011]S2.将聚乙烯吡咯烷酮加入到多元醇中，并同时向多元醇中加入贵金属盐溶液和第二金属盐溶液进行反应，得到溶胶或溶液，贵金属盐溶液中的贵金属元素与第二金属盐溶液中第二金属元素的物质的量之比为(0.1～9)：1；
[0012]S3.将步骤S2所得溶胶或溶液、催化剂载体粉末与有机溶剂充分混合，使贵金属和第二金属组分负载到催化剂载体上，烘干，焙烧，得到抗硫中毒的催化燃烧用催化剂；
[0013]第二金属盐任意地选自Cu、Zn、Co、Fe盐中的一种或多种；
[0014]催化剂载体为镁铝尖晶石。
[0015]在上述制备方法中步骤S2采用的反应方法是多元醇还原法。在步骤S2中，多元醇首先作为一种有机溶剂为贵金属和第二金属离子的分散及部分离子的还原反应提供场所；其次，多元醇能够作为一种弱还原剂将贵金属组分和第二金属组分部分还原，得到贵金属和第二金属的单质纳米颗粒。贵金属和第二金属纳米颗粒能够作为本专利技术所制备得到的抗硫中毒的催化燃烧用催化剂上的活性组分，因为这两种金属元素的d轨道电子是未填满的，能够与催化底物成键、形成具有活性的反应中间体。
[0016]步骤S3采用的反应方法是湿法浸渍。在步骤S3中，将S2所得溶胶或溶液加入到有机溶剂中后，所得溶液体系中含有贵金属及第二金属的离子和纳米颗粒，与此同时，将催化剂载体加入到溶液体系中充分混合，能够将贵金属和第二金属的纳米颗粒与离子负载到催化剂载体上：这首先是由于镁铝尖晶石具有高比表面积以及由此带来的高吸附性，能够吸附两种金属的纳米颗粒；其次是由于在混合过程中两种金属的离子能够借助流动的液相剧烈迁移，与固相的镁铝尖晶石这种催化剂载体产生静电相互作用，因此通过湿法浸渍，能够使贵金属和第二金属组分负载到催化剂载体上。之所以两种金属的离子与催化剂载体能够产生静电相互作用，是因为镁铝尖晶石单位晶胞由O2‑
密堆积八面体、四面体和在八面体空隙中的Al
3+
以及在四面体空隙中的镁离子Mg
2+
组成，其中O2‑
能够通过静电吸引带正电的贵金属和第二金属离子，且这种吸引也有利于产生促进氧元素存在形式变化的活性界面。
[0017]在步骤S2中的聚乙烯吡咯烷酮即PVP是作为分散剂来起作用的：PVP分子中具有亲水端和疏水端，因此可以被用作分散剂分散被多元醇还原的金属纳米颗粒；且PVP的疏水基团体积相当大，不同PVP分子的疏水碳链之间也能够产生一定的静电斥力，空间位阻效应和电荷效应的叠加可以进一步防止体系中的金属离子或粒子聚集。其次，PVP能够促使贵金属和第二金属之间形成促进氧元素存在形式变化的活性界面：PVP分子中具有含氧基团且含氧基团的氧原子上带有孤对电子，孤对电子可以同时吸附带正电的贵金属和第二金属离子，而当两种金属离子经过后续步骤还原成金属颗粒后，贵金属和第二金属颗粒之间仍存在着借助氧原子上的孤对电子形成的吸附作用。如此吸附作用使得两种金属颗粒之间具有相互作用，形成活性界面，该活性界面能够促进氧元素存在形式的变化。
[0018]上述能够促进氧元素存在形式变化的活性界面，其作用是促进氧元素在化学吸附氧与晶格氧这两种存在形式之间转化。在采用本专利技术所提供的抗硫中毒的催化燃烧用催化剂的制备方法制备得到的催化剂中，作为活性组分的贵金属和第二金属纳米颗粒中含有一定的氧元素。氧元素在金属中的存在形式有两种：分别是晶格氧和化学吸附氧，晶格氧在催化燃烧的过程中起主要作用，而当晶格氧参与反应后，氧位点附近的金属被还原为较低价态，此时化学吸附氧又能够将低价态的金属氧化，化学吸附氧被转化成为晶格氧，补充了金属的催化活性。之所以第二金属与贵金属之间的相互作用能够形成促进氧元素存在形式的变化，就是因为第二金属中的化学吸附氧含量更高，而贵金属中的晶格氧含量更高，两种金属相互作用形成界面后，当贵金属中的晶格氧被消耗时，第二金属中的化学吸附氧能够迅速通过两种金属之间的活性界面，转化为贵金属中的晶格氧。据实验测得，本专利技术所提供的
负载有贵金属和第二金属两种活性成分的抗硫中毒催化剂，和仅由贵金属作为活性组分的催化剂相比，氧气脱附温度向低温偏移，即，氧气在更低的温度下即可从催化剂上脱附。此外根据对氧元素化学态的分析，催化剂上化学吸附氧与晶格氧的比值也随第二金属的加入而增大。
[0019]将步骤S2中贵金属盐溶液中的贵金属元素与第二金属盐溶液中第二金属元素的物质的量之比限定为(0.1～9)：1，首先是为了最大限度地发挥第二金属作为“牺牲剂”的作用。在采用本专利技术所提供的抗硫中毒的催化燃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗硫中毒的催化燃烧用催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1.将贵金属盐与第二金属盐分别溶于水中，得到贵金属盐溶液和第二金属盐溶液；S2.将聚乙烯吡咯烷酮加入到多元醇中，并同时向多元醇中加入贵金属盐溶液和第二金属盐溶液进行反应，得到溶胶或溶液，所述贵金属盐溶液中的贵金属元素与所述第二金属盐溶液中第二金属元素的物质的量之比为(0.1～9)：1；S3.将步骤S2所得溶胶或溶液、催化剂载体粉末与有机溶剂充分混合，使贵金属和第二金属组分负载到催化剂载体上，焙烧，得到抗硫中毒催化剂；所述第二金属盐任意地选自Cu、Zn、Co、Fe盐中的一种或多种；所述催化剂载体为镁铝尖晶石。2.如权利要求1所述抗硫中毒的催化燃烧用催化剂的制备方法，其特征在于，所述贵金属盐任意地选自Pt、Pd、Ru、Rh、Au盐中的一种或多种。3.如权利要求1所述抗硫中毒的催化燃烧用催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中所述贵金属盐溶液中的贵金属元素与所述第二金属盐溶液中第二金属元素的物质的量之比为(0.428...

【专利技术属性】
技术研发人员：安太成，尹玉妮，彭洪根，刘宏利，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：