CN101327436B - Ni基合金催化燃烧整体催化剂及制备和应用 - Google Patents
Ni基合金催化燃烧整体催化剂及制备和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101327436B CN101327436B CN2008100632148A CN200810063214A CN101327436B CN 101327436 B CN101327436 B CN 101327436B CN 2008100632148 A CN2008100632148 A CN 2008100632148A CN 200810063214 A CN200810063214 A CN 200810063214A CN 101327436 B CN101327436 B CN 101327436B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- catalyst
- catalytic combustion
- alloy
- based alloy
- alloy sheet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
一种Ni基合金催化燃烧整体催化剂及制备和应用，所述的催化剂是以贵金属Pd为催化剂活性组分，以耐高温、耐腐蚀的Ni基合金NiCrFeAl合金薄片作为载体，在该合金薄片上涂敷有贵金属Pd催化剂活性组分，所述贵金属Pd催化剂活性组分的负载量为0.1～0.8wt％；它用一种Ni基合金薄片作为催化剂载体，压制成型后再将活性组分沉积在Ni基合金薄片表面，通过干燥，焙烧制成；所述的可挥发性有机废气包括：甲苯、二甲苯、吡啶、丙酮、丁酮、乙酸、乙酸乙酯，乙二醇二甲醚；它具有高活性、高机械性能、高热稳定性的特点，可应用于催化燃烧挥发性有机废气，具有良好的工业应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种Ni基合金催化燃烧整体催化剂及制备和应用，特别适用于催化燃烧消除易挥发性有机废气。
背景技术
在漆包线、橡胶、合成皮革、制药、涂料加工等工艺中产生的易挥发性有机废气(VOCs)是一类主要的大气污染物，如苯、甲苯、二甲苯、丙酮、吡啶、乙酸乙酯等，它们对人类健康带来极大的危害，而催化燃烧技术是处理VOCs最有效的方法之一。
20世纪50年代，Harold R.Suter和Richard J.Ruff发明了一种用于燃烧氧化工业有机废气的金属基催化剂，对工业排放的碳氢废气经催化燃烧后可实现较高的燃烧率，因而处理有机废气的效果相当理想，但由于成本高，生产工艺复杂而迟迟未能得到广泛应用。近二十年，由于整个世界对环保的呼声和要求日益强烈，各国纷纷加大了对环境保护的力度，各国制定的工业生产中废气、废水等排放标准也日益苛刻和严格，促使企业提高环保意识并对环保设备的要求也相应提高，正是在这种大形势下，于1988年由德国GMBH公司的下属子公司KATEC公司开发了有机废气高温燃烧的金属基催化剂，它改进了HaroldR.Suter和Richard J.Ruff的生产工艺和部分技术环节，实现了工业化的规模生产。该催化剂由镍铬合金为基体，表面负载高活性钯、铂等贵金属，这种特殊的金属基可以最大限度地延伸活性成份的表面接触面积，可以使贵金属充分有效地于废气进行催化反应。基体合金可耐1100℃高温，在750℃可永久工作而不变形。
蜂窝陶瓷催化剂是工业上催化燃烧处理VOCs的传统催化剂，蜂窝陶瓷型催化剂具有气流压降低，净化效果比较稳定，便于处理大通量有机废气的特性，但是由于陶瓷材料本身导热性不好，催化燃烧放出的大量热量会导致催化剂表面高温，当长期高温环境下作业时表面活性组分很容易烧结而失活；其次由于蜂窝陶瓷材料孔道之间相互独立，限制了它的传质效率从而使催化燃烧效率下降；还有陶瓷蜂窝材料催化剂不可回收利用，极大浪费了资源。
与陶瓷载体相比，耐高温合金丝网组装成的整体构件型催化剂比表面积更大，可以在气相反应时产生较小的压力降，而且有很好的耐热和机械冲击性，耐震动性强。合金的强度高，形状、安装位置的随意性好，金属载体与外壳在热膨胀性质方面可以实现很好的匹配。起燃更快速，金属载体热容小、热导率高，能确保催化剂快速发挥作用。导热性更好、抗热冲击性更强，可以明显减少放热反应的热点，避免催化剂失活，延长了使用寿命。蜂窝型合金丝网材料具有三维空间结构，气流可以在多个孔道内穿梭流动，相比蜂窝陶瓷材料传质速率更高，更为重要的是金属丝网材料可重复利用，降低了成本，节约了资源。因此金属丝网型材料是较为适宜的催化燃烧催化剂载体。
在VOCs催化燃烧处理中，贵金属(如Pt，Pd，Ru等)由于具有很好的低温活性，在消除VOCs污染上得到了广泛的应用。贵金属用于催化燃烧已经有几十年的历史，无论是催化剂的制备还是反应机理的研究都取得了比较深入的认识。与非贵金属氧化物催化剂相比，贵金属显示出更高的活性。Pt、Pd是常见的贵金属催化剂，它们对各种常见燃料均具有很好的完全氧化活性。其中Pd较适用于CO、天然气和烯烃类燃料，Pt则对于长链烷烃(Nc＞3)燃料具有较好的起燃活性。
金属载体常使用不锈钢或含铝的铁素体合金，尤其以耐高温的FeCr合金使用最为广泛。耐高温合金丝网催化燃烧整体催化剂结合了合金基体和贵金属各自的优异性质，使它在催化燃烧反应器中占有越来越重要的地位。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种高活性、高机械性能、高热稳定性的Ni基合金催化燃烧整体催化剂及制备和应用。
本发明用FeCrFeAl合金薄片作为催化剂载体，将贵金属催化活性组分涂覆在FeCrFeAl合金薄片上，制成了一种新型的贵金属NiCrFeAl整体式催化剂，具有很好的催化燃烧活性，并且实际应用在催化燃烧消除VOCs污染中。
本发明所述的Ni基合金催化燃烧整体催化剂，它以贵金属Pd为催化剂活性组分，其特征在于催化剂以耐高温、耐腐蚀的Ni基合金NiCrFeAl合金薄片作为载体，在该合金薄片上涂敷有贵金属Pd催化剂活性组分，所述贵金属Pd催化剂活性组分的负载量为0.1～0.8wt％。
所述的Ni基合金NiCrFeAl金属薄片的材料组成：其中Cr的重量百分含量为14～17％，Fe的重量百分含量为10～13％，Al的重量百分含量为5～7％，余量为Ni；所述Ni基合金NiCrFeAl合金薄片的厚度为0.08mm，宽度为1.53mm；压制固定成型后为56cm*18cm*6cm的长方体，堆积密度300～400kg/m3。
上述Ni基合金催化燃烧整体催化剂的制备，按如下步骤进行：
A：NiCrFeAl合金薄片表面处理及金属氧化膜的形成，
将Ni基合金薄片在洗涤剂或乙醇溶液中浸泡5～10分钟，然后水洗2～3次出去残留的洗涤剂或乙醇，再在50ml/L的盐酸中浸泡3～5分钟进行表面的轻度腐蚀和活化，最后水洗2～3次出去残留的盐酸，120℃烘干后放入马弗炉中400-500℃焙烧2～3小时，制成表面具有金属氧化膜的载体。
B：Pd/Ni基合金催化燃烧整体催化剂的制备，
称取一定量的PdCl2加入适量的水制成悬浊液再搅拌下滴加浓盐酸至形成棕黄色澄清溶液，最后加水配置成含钯0.5～2g/L的H2PdCl4水溶液。将活化后的Ni基合金薄片在0.5～2g/L的H2PdCl4水溶液中浸渍3～5s，120℃烘干，如此反复浸渍3～4次，直至表面形成一定厚度均匀的黑色涂层，然后将基体放在鼓风烘箱中120℃烘干12小时，最后在马弗炉中600℃焙烧6小时，即得Pd/Ni基合金催化燃烧整体催化剂。
本发明所述的金属丝网型催化燃烧催化剂可应用于催化燃烧消除工业可挥发性有机废气(VOCs)污染中。所述的可挥发性有机废气包括：甲苯、二甲苯、吡啶、丙酮、丁酮、乙酸、乙酸乙酯，乙二醇二甲醚。所述催化剂的催化燃烧活性测试在气固反应装置上进行，取20～25g已沉积上活性组分的金属薄片(Pd含量0.1～0.8％)，根据堆积密度将其卷曲成直径20mm长80mm的圆柱形整体催化剂，置于石英反应管中，压缩空气分两路，一路空气进入有机气体发生器(30℃恒温)，然后与另一路空气混合进入反应管，有机废气浓度为8.0～40g/m3所述催化燃烧温度为160～300℃，空速为2000-5000h-1。
通常用易挥发有机废气转化率为50％(即T50)和转化率为90％(即T90)时的反应温度来衡量催化剂的活性，T50和T90的温度越低，催化剂的活性越高。本发明制备的Pd/Ni基合金催化燃烧整体催化剂T50和T90都较低。本发明的催化剂在实际使用时可根据反应器的结构，制成不同的形状。
本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：(1)Ni基合金催化燃烧整体催化剂可重复利用，(2)克服了催化燃烧反应时催化剂床层“热点”导致催化剂失活烧结的问题，(3)本发明提供的Ni基合金催化燃烧整体催化剂械强度高，能很好地适用于高浓度或低浓度有机废气的催化燃烧，(4)采用浸渍法工艺简单、容易控制和进行产业化生产。因此将Ni基合金催化燃烧整体催化剂取代蜂窝陶瓷蜂窝材料作为催化燃烧催化剂具有良好的社会效益和经济效益，并具有良好的工业应用前景。
具体实施方式
以下以具体实例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
本发明所述的Ni基合金催化燃烧整体催化剂，它以贵金属Pd为催化剂活性组分，其特征在于催化剂以耐高温、耐腐蚀的Ni基合金NiCrFeAl合金薄片作为载体，在该合金薄片上涂敷有贵金属Pd催化剂活性组分，所述贵金属Pd催化剂活性组分的负载量为0.1～0.8wt％。
所述的Ni基合金NiCrFeAl金属薄片的材料组成：其中Cr的重量百分含量为14～17％，Fe的重量百分含量为10～13％，Al的重量百分含量为5～7％，余量为Ni；所述Ni基合金NiCrFeAl合金薄片的厚度为0.08mm，宽度为1.53mm；压制固定成型后为56cm*18cm*6cm的长方体，堆积密度300～400kg/m3。
上述Ni基合金催化燃烧整体催化剂的制备，按如下步骤进行：
A：NiCrFeAl合金薄片表面处理及金属氧化膜的形成，
将Ni基合金薄片在洗涤剂或乙醇溶液中浸泡5～10分钟，然后水洗2～3次出去残留的洗涤剂或乙醇，再在50ml/L的盐酸中浸泡3～5分钟进行表面的轻度腐蚀和活化，最后水洗2～3次出去残留的盐酸，120℃烘干后放入马弗炉中400-500℃焙烧2～3小时，制成表面具有金属氧化膜的载体。
B：Pd/Ni基合金催化燃烧整体催化剂的制备，
称取一定量的PdCl2加入适量的水制成悬浊液再搅拌下滴加浓盐酸至形成棕黄色澄清溶液，最后加水配置成含钯0.5～2g/L的H2PdCl4水溶液。将活化后的Ni基合金薄片在0.5～2g/L的H2PdCl4水溶液中浸渍3～5s，120℃烘干，如此反复浸渍3～4次，直至表面形成一定厚度均匀的黑色涂层，然后将基体放在鼓风烘箱中120℃烘干12小时，最后在马弗炉中600℃焙烧6小时，即得Pd/Ni基合金催化燃烧整体催化剂。
本发明所述的金属丝网型催化燃烧催化剂可应用于催化燃烧消除工业可挥发性有机废气(VOCs)污染中。所述的可挥发性有机废气包括：甲苯、二甲苯、吡啶、丙酮、丁酮、乙酸、乙酸乙酯，乙二醇二甲醚。所述催化剂的催化燃烧活性测试在气固反应装置上进行，取20～25g已沉积上活性组分的金属薄片(Pd含量0.1～0.8％)，根据堆积密度将其卷曲成直径20mm长80mm的圆柱形整体催化剂，置于石英反应管中，压缩空气分两路，一路空气进入有机气体发生器(30℃恒温)，然后与另一路空气混合进入反应管，有机废气浓度为8.0～40g/m3所述催化燃烧温度为160～300℃，空速为2000-5000h-1。
实施例1
NiCrFeAl合金薄片表面的预处理及金属氧化膜的形成。将Ni基合金薄片在洗涤剂或乙醇溶液中浸泡5～10分钟，然后水洗2～3次出去残留的洗涤剂或乙醇，再在50ml/L的盐酸中浸泡3～5分钟进行表面的轻度腐蚀和活化，最后水洗2～3次出去残留的盐酸，120℃烘干后放入马弗炉中400-500℃焙烧2～3小时，制成表面具有金属氧化膜的载体。
实施例2
称取一定量的PdCl2加入适量的水制成混浊水溶液，再搅拌下滴加浓盐酸至形成棕黄色澄清溶液，最后加水配置成含钯2g/L的H2PdCl4水溶液。将活化后的Ni基合金薄片在2g/L的H2PdCl4水溶液中浸渍3～5s，120℃烘干，如此反复浸渍3～4次，直至表面形成一定厚度均匀的黑色涂层，然后将基体放在鼓风烘箱中120℃烘干12小时，最后在马弗炉中600℃焙烧6小时，即得Pd/Ni基合金催化燃烧整体催化剂，Pd含量约为0.8％。
实施例3
按实施例2的方法配制Pd含量为1g/L的H2PdCl4水溶液，浸渍焙烧得到Pd/Ni基合金催化燃烧整体催化剂，Pd含量约为0.5％。
实施例4
按实施例2的方法配制Pd含量为0.5g/L的H2PdCl4水溶液，浸渍焙烧得到Pd/Ni基合金催化燃烧整体催化剂，Pd含量约为0.1％。
实施例5
按实施例2所制备好的金属丝网型催化燃烧催化剂活性测试在自制气固反应装置上进行，反应管长500mm，内径20mm加热炉等温区长约为200mm。取20～25g已沉积上活性组分的金属薄片，根据堆积密度将其卷曲成直径20mm长80mm的圆柱形整体催化剂，将其置于石英反应管中部等温区，原料气空气分两路用质量流量计控制，一路空气进入有机气体发生器(30℃恒温)，然后与另一路空气汇合进入反应器，调节两路空气的流量可以控制进气浓度和空速。反应尾气采用东西电子GC4000A六通阀进样在线分析，色谱柱为毛细管柱，FID检测器。空白实验表明，250℃时空管甲苯转化率小于5％。应用于甲苯(8600mg/m3)、乙二醇二甲醚(40000mg/m3)的催化燃烧，所述催化燃烧温度为160～300℃，空速500h-1。甲苯、乙二醇二甲醚转化率达到50％和90％时反应温度见表1。
表1甲苯，乙二醇二甲醚转化率达到50％和90％的反应温度
实施例6
将实施例2所制备的催化剂按实施例5所述的反应器和反应条件下(燃烧温度为280℃)进行甲苯的燃烧测试，测试结果如表2。
表2不同空速下甲苯的转化率
Claims (4)
1.一种Ni基合金催化燃烧整体催化剂，它以贵金属Pd为催化剂活性组分，其特征在于催化剂以耐高温、耐腐蚀的Ni基合金NiCrFeAl合金薄片作为载体，在该合金薄片上涂敷有贵金属Pd催化剂活性组分，所述贵金属Pd催化剂活性组分的负载量为0.1～0.8wt％；所述的Ni基合金NiCrFeAl金属薄片的材料组成：其中Cr的重量百分含量为14～17％，Fe的重量百分含量为10～13％，Al的重量百分含量为5～7％，余量为Ni；所述Ni基合金NiCrFeAl合金薄片的厚度为0.08mm，宽度为1.53mm。
2.一种制备如权利要求1所述的Ni基合金催化燃烧整体催化剂的方法，其特征在于所述的方法按如下步骤进行：
A：Ni基合金NiCrFeAl合金薄片表面处理及金属氧化膜的形成，
将Ni基合金NiCrFeAl合金薄片在洗涤剂中浸泡5～10分钟，然后水洗2～3次除去残留的洗涤剂，再在50ml/L的盐酸中浸泡3～5分钟进行表面的轻度腐蚀和活化，最后水洗2～3次除去残留的盐酸，120℃烘干后放入马弗炉中400-500℃焙烧2～3小时，制成表面具有金属氧化膜的载体，
B：Pd/Ni基合金催化燃烧整体催化剂的制备，
称取一定量的PdCl2加入适量的水制成悬浊液，在搅拌下滴加浓盐酸至形成棕黄色澄清溶液，最后加水配置成含钯0.5～2g/L的H2PdCl4水溶液，将活化后的Ni基合金薄片在0.5～2g/L的H2PdCl4水溶液中浸渍3～5s，120℃烘干，如此反复浸渍3～4次，直至表面形成一定厚度均匀的黑色涂层，然后将基体放在鼓风烘箱中120℃烘干12小时，最后在马弗炉中600℃焙烧6小时，即得Pd/Ni基合金催化燃烧整体催化剂。
3.如权利要求1所述的Ni基合金催化燃烧整体催化剂在催化燃烧消除挥发性有机废气污染中的应用，所述的废气为甲苯、二甲苯、吡啶、丙酮、丁酮、乙酸、乙酸乙酯或乙二醇二甲醚。
4.如权利要求3所述的Ni基合金催化燃烧整体催化剂的应用，其特征在于催化燃烧反应在气固反应装置上进行，取20～25g已沉积上活性组分的合金薄片，将其卷曲成直径20mm长80mm的圆柱形整体催化剂，置于石英反应管中，压缩空气分两路，一路空气进入30℃恒温的有机气体发生器，然后与另一路空气混合进入石英反应管，有机废气浓度为8～40g/m3所述催化燃烧温度为160～300℃，空速为500～2000h-1。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100632148A CN101327436B (zh) | 2008-07-22 | 2008-07-22 | Ni基合金催化燃烧整体催化剂及制备和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100632148A CN101327436B (zh) | 2008-07-22 | 2008-07-22 | Ni基合金催化燃烧整体催化剂及制备和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101327436A CN101327436A (zh) | 2008-12-24 |
| CN101327436B true CN101327436B (zh) | 2011-11-09 |
Family
ID=40203580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100632148A Expired - Fee Related CN101327436B (zh) | 2008-07-22 | 2008-07-22 | Ni基合金催化燃烧整体催化剂及制备和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101327436B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6334411B2 (ja) | 2011-12-21 | 2018-05-30 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 触媒システム |
| CN106493358B (zh) * | 2016-11-07 | 2018-11-16 | 南昌专腾科技有限公司 | 一种镁基复合材料、制备系统及方法 |
| CN112138672B (zh) * | 2020-10-17 | 2022-07-05 | 榆林市云化绿能有限公司 | 一种用于合成气制低碳醇催化剂的制备方法 |
| CN114177919A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-03-15 | 浙江工业大学 | 一种金属置换法制备整体金属基环境催化剂的方法 |
-
2008
- 2008-07-22 CN CN2008100632148A patent/CN101327436B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101327436A (zh) | 2008-12-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101733165B (zh) | 一种低含量贵金属整体式催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN102240557B (zh) | 一种处理工业废气的含镍铁锰复合氧化物催化剂及其制备方法 | |
| CN101327436B (zh) | Ni基合金催化燃烧整体催化剂及制备和应用 | |
| CN101474566A (zh) | 一种用于甲苯废气催化燃烧的整体催化剂及其制备方法 | |
| CN113941328B (zh) | 铂/钼脱氢催化材料、制备方法及其应用 | |
| CN112246250B (zh) | 一种整体式催化燃烧催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN101961653A (zh) | 一种复合氧化物催化燃烧催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN103055849B (zh) | 一种催化燃烧用复合催化剂及其制备方法 | |
| EP3519090A1 (en) | Fixed catalyst bed comprising metal foam bodies | |
| CN108452798B (zh) | 一种用于一氧化碳催化氧化的耐高温烧结负载型贵金属催化剂及其制备方法 | |
| WO2014067186A1 (zh) | 一种贵金属整体式催化剂及其制备方法 | |
| CN110898834A (zh) | 一种用于消除挥发性有机物的催化剂及其制备方法 | |
| CN109289867A (zh) | 一种低温净化甲醛的整体式催化剂及其制备方法 | |
| CN103285854B (zh) | 柴油机尾气颗粒物催化剂、及其制备方法和使用方法 | |
| CN106824217A (zh) | 一种蜂窝状整体式催化剂及其制备方法 | |
| CN101015806A (zh) | 一种金属丝网型催化燃烧催化剂及其制备和应用 | |
| CN106732539A (zh) | 用于催化燃烧甲苯的复合型非贵金属氧化物催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN101116821A (zh) | 一种非均布燃烧催化剂及其应用 | |
| CN109225319A (zh) | 用于甲苯催化氧化的Pt/SAPO-34分子筛催化剂及其制备方法 | |
| CN101116822A (zh) | 非均布燃烧催化剂及其制备方法 | |
| CN101693643B (zh) | 一种非临氢条件下催化四氯化碳转化的工艺 | |
| CN106563467B (zh) | 一种用于消除环境空气中一氧化碳的整体式净化材料及制备和应用 | |
| CN110624551A (zh) | 一种莲蓬壳基碳负载镍的催化剂的制备方法 | |
| CN116139917A (zh) | 一种助剂掺杂的整体式VOCs催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN103170348A (zh) | 一种含银常温一氧化碳整体式催化剂及制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111109 Termination date: 20170722 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |