CN103041809A - 一种利用铂废催化剂制备有机废气燃烧催化剂的方法 - Google Patents

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纪红兵
芮泽宝
伍尚仁
陈德一
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Abstract

本发明公开了一种利用铂废催化剂制备有机废气燃烧催化剂的方法，本发明以低含铂量铂废催化剂为原料，经粉碎、筛分、还原性溶液低温改性处理、过滤和干燥等步骤制得。催化剂的活性组分为铂，含量不高于0.2%。在与现有的有机废气燃烧贵金属催化剂比较时，本发明方法以低含量铂废催化剂作为制备原料，因此成本低廉。与现有的废催化剂活化方法相比，本发明所使用的方法条件温和，工艺简单，并且对环境影响小。制备出的催化剂具有活性高和稳定性好的优良性能。

Description

一种利用铂废催化剂制备有机废气燃烧催化剂的方法
技术领域
本发明涉及一种利用铂废催化剂制备有机废气燃烧催化剂的方法。
背景技术
铂族催化剂是石油化工行业用量较大的一类催化剂。在使用过程中，由于催化剂表面不断吸附有机碳以及金属烧损、活性组分流失等原因，其催化性能越来越低，以致无法使用。为此，我国每年不可避免地要置换出大量的含铂和钯废催化剂。倘若对废催化剂不加处置随意堆放，不仅要占据大量场地，而且废催化剂中的有害物质会破坏环境。另外，尽管催化剂在使用过程中某些组分的形态、结构和数量会发生变化，但废工业催化剂中仍含有大量的有用物质，尤其是贵金属Pt和Pd，可以作为二次资源加以回收利用。开展废催化剂的回收利用，变废为宝，化害为益，是一个有广阔应用前景的开发研究领域。
在处置化工废催化剂的现有方案中，回收废催化剂中的金属是一种常用做法。铂族金属常用的回收方法主要有湿法、火法和气相挥发法(刘时杰,铂族金属矿冶学[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2001)。然而，贵金属的回收率通常和所产生的废液量和环保成本成正比，并且最后还会产生大量含有贵金属的残渣，需要一个综合考虑贵金属回收成本和载体的二次利用价值的资源化处理方案。另外一个常用的废催化剂回收利用的常用方法是降级使用，也就是说，虽然催化剂活性已经不能满足现有要求，但是可以将其再生使之用于其它活性要求较低的反应过程，这样可以提高催化剂的使用率。专利CN1552521和CN101147865用废催化剂制备加氢精制催化剂。CN1093734以含铂废催化剂回收贵金属后的废剂残渣为原料，经处理用作CO燃烧的助燃剂。 Kim及其合作者对钯和铂废催化剂[Sang Chai Kim 等，Journal of Hazardous Materials 141 (2007) 305–314；Applied Surface Science 256 (2010) 5566–5571]进行简单的物理化学预处理，例如使用酸溶液和气体（空气和氢气）热处理等活化技术，然后将这些活化后的废催化剂用于有机废气的催化燃烧反应。然而采用传统的酸处理或者高温空气氧化和氢气还原，一方面活化效果有限，另一方面容易破坏催化剂的一些微观结构和造成二次环境污染。
发明内容
针对上述废催化剂处理的缺点，本发明的目的是提供一种工艺简单、条件温和、投资少、污染低的利用铂废催化剂制备有机废气燃烧催化剂的方法。 
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用铂废催化剂制备有机废气燃烧催化剂的方法，包括以下步骤：
步骤一：将铂废催化剂粉碎、筛分，分散于含有还原剂的溶液中，超声处理；
步骤二：将步骤一中得到的混合物溶液在常压下，在20~100℃回流条件下，剧烈搅拌；
步骤三：将步骤二中得到的混合物静置，过滤，在80～120℃干燥后制得有机废气燃烧催化剂。
在上述方法中，所述的铂废催化剂是含有铂的单金属或多金属废催化剂，其载体是氧化铝或氧化铝和氧化硅的复合物或混和物。铂含量一般不高于0.2%。
在上述方法中，所述还原剂为硼氢化钠、甲醛或氢化钠的一种或多种混合。所述还原剂能在一定范围内对废催化剂上已经氧化的贵金属进行还原，并达到较好的效果。
在上述方法中，所述还原剂的添加量与铂废催化剂铂含量的摩尔比为10~105：1。
在上述方法中，所述超声处理的时间是0~3小时。
在上述方法中，所述剧烈搅拌的时间是1～24小时。
在上述方法中，所述静置时间是0～24小时。
在上述方法中，所述干燥时间是12～24小时。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明方法以低含量铂废催化剂作为制备原料，因此成本低廉。与现有的废催化剂活化方法相比，本发明所使用的方法条件温和，工艺简单，并且对环境影响小。制备出的催化剂具有活性高和稳定性好的优良性能。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明作进一步的说明。
实施例1
以废铂一锡重整催化剂为原料，其铂含量为0.2%, 按照本发明方法制备有机废气燃烧催化剂。将铂废催化剂研碎，筛分成粒度为20~200筛目的细粒。称取0.5 g加入至50 mL硼氢化钠溶液，硼氢化钠的量与铂废催化剂铂含量的摩尔比为20：1, 超声0.5小时，在25℃回流条件下，搅拌4小时，静置20小时，过滤，80℃干燥12小时，即制得有机废气燃烧催化剂。
将以上制得的有机废气燃烧催化剂在实验室小型固定床反应装置上测定活性。选用微量甲苯在空气中的燃烧反应作为模型反应，甲苯的初始浓度是~150 ppm，气体进料空速是30000 mL h-1 g-1。利用气相色谱测定反应器出口气体组成并计算催化剂的氧化活性，以甲苯的转化率作为氧化活性。结果见表1。
实施例2 
以废铂一锡重整催化剂为原料，其铂含量为0.2%, 按照本发明方法制备有机废气燃烧催化剂。将铂废催化剂研碎，筛分成粒度为20~200筛目的细粒。称取0.5 g加入至50 mL蒸馏水中，并向溶液中加入甲醛溶液（37%-40%, 广州化学试剂厂），甲醛的加入量与铂废催化剂铂含量的摩尔比为104：1, 在70℃恒温和回流条件下，搅拌1小时，过滤，80℃干燥12小时，即制得有机废气燃烧催化剂。依照与实施例1相同操作步骤测定所制催化剂的氧化活性，结果见表1。
 
实施例3 
以废铂一锡重整催化剂为原料，其铂含量为0.2%, 按照本发明方法制备有机废气燃烧催化剂。将铂废催化剂研碎，筛分成粒度为20~200筛目的细粒。称取0.5 g加入至50 mL蒸馏水中，并向溶液中加入甲醛溶液（37%-40%, 广州化学试剂厂），甲醛的加入量与铂废催化剂铂含量的摩尔比为104：1, 在90℃恒温和回流条件下，搅拌1小时，过滤，80℃干燥12小时，即制得有机废气燃烧催化剂。依照与实施例1相同操作步骤测定所制催化剂的氧化活性，结果见表1。
表1
实施例 还原剂 处理温度(℃) 搅拌/静置时间(小时) 氧化活性(250℃时甲苯转化率)
1 NaBH4溶液 25 4/20 94.3%
2 甲醛溶液    70 1/0 98.4%
3 甲醛溶液    90 1/0 98.9%

Claims (8)

1.一种利用铂废催化剂制备有机废气燃烧催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将铂废催化剂粉碎、筛分，分散于含有还原剂的溶液中，超声处理；
步骤二：将步骤一中得到的混合物溶液在常压下，在20~100℃回流条件下，剧烈搅拌；
步骤三：将步骤二中得到的混合物静置，过滤，在80～120℃干燥后制得有机废气燃烧催化剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的铂废催化剂是含有铂的单金属或多金属废催化剂，其载体是氧化铝或氧化铝和氧化硅的复合物或混和物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原剂为硼氢化钠、甲醛或氢化钠的一种或多种混合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原剂的添加量与铂废催化剂铂含量的摩尔比为10~105：1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声处理的时间是0~3小时。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述剧烈搅拌的时间是1～24小时。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述静置时间是0～24小时。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干燥时间是12～24小时。
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