CN103769085B - 一种催化燃烧催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种催化燃烧催化剂的制备方法,包括如下内容:以多孔惰性材料为载体,配制含贵金属活性元素水溶性化合物的溶液,并在该溶液中添加碱性溶质制得浸渍溶液,用该浸渍溶液浸渍载体,经过阴干、干燥和焙烧得到最终催化剂。本发明方法制备的催化剂,具有较高的催化活性和稳定性,成本较低,生产工艺简单,而且不产生二次污染,适于在VOCs废气催化燃烧中的工业应用。

Description

一种催化燃烧催化剂的制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于催化剂领域,涉及一种催化燃烧工艺所使用的催化剂的制备方法,尤 其涉及一种催化燃烧挥发性有机化合物的贵金属催化剂的制备方法。
背景技术
[0002] 挥发性有机化合物(VOCs)主要来源于石油化工行业和交通工具排放的废气,以及 造纸、涂料、采矿、金属电镀等行业排出的有机溶剂。对生态环境和人类健康以及动植物的 生长都造成了极大的危害。常用的处理VOCs的方法有吸附法、化学洗涤法、直接燃烧法和催 化燃烧法。从经济的角度来看,催化燃烧由于其能耗低、燃烧充分、烟气污染小等特点受到 更多的重视,而该技术关键是催化剂的选择和研制。近年来,贵金属催化剂以其起燃温度 低、稳定性好、抑制有毒有害物质的形成等优异的催化性能受到了广泛关注,但是由于成本 较高,阻碍了其广泛应用。因此,开发出一种贵金属用量低、利用率高、成本低的催化剂具有 重大的应用前景。
[0003] CN102039198A公开了 "球形Fe-MCM-48介孔材料的合成及其负载Ag催化燃烧催化 剂的制备",在该催化剂的作用下苯在270°C时能够完全燃烧,虽然该方法选择的贵金属银 相对便宜,但是硝酸银的负载量高达l〇wt%,并没有达到降低成本的目的。CN102247867A公 开了 "一种有机废气中乙酸甲酯的催化氧化催化剂及其制备方法",所述的催化剂为负载型 贵金属合金催化剂,贵金属合金选自Pd、Pt、Rh、Au、Ag中两种或两种以上金属的任意组合, 载体为活性氧化铝和/或二氧化钛,以及至少一种过渡金属氧化物,过渡金属氧化物包括 锰、铈、镍、镧、铜、钒、钨、铁、钴或铬的金属氧化物,特点是催化氧化活性高,稳定性好,但是 制备过程需要加入助剂,制备环节复杂。CN01133374.X公开了"一种催化燃烧催化剂及其制 备方法",采用贵金属活性组分Pt以浸渍法通过有机酸的竞争吸附分布于蜂窝陶瓷载体涂 层外表面的方法,蜂窝陶瓷载体的涂层组成按重量百分比为:活性Al 20320 %~80%, Ti〇2l〇%~40%,Ce〇25%~30%,Zr〇25%~20%,贵金属担载量为每升催化剂含0.5~ 4.OgPt。但是,有机酸竞争吸附在实际操作过程中对酸的浓度要求十分严格,不容易控制。 CN200710201368.4公开的"一种非均布燃烧催化剂及其制备方法",采用沉淀法先将活性氧 化铝置于碱性沉淀剂中进行预饱和处理,浸渍时间1~3h,然后在高温下短时间烘干,浸渍 于含有金属离子的盐溶液中10~60min,经过干燥、焙烧得到催化剂产品。该法加入碱性溶 液的目的是作为沉淀剂,浸渍用时相对较长;并且需要烘干两次,制备环节复杂,能耗相对 较高。
[0004]基于以上分析,现有技术制备负载贵金属的催化剂或者存在负载量尚、成本尚,或 者存在制备环节复杂、用时较长等不足。而贵金属催化剂的制备方法对催化剂的使用性能 具有明显的影响,针对不同应用领域的贵金属催化剂,一般需要适宜的制备方法。
发明内容
[0005]本发明提供一种催化燃烧催化剂的制备方法。该方法制备的催化剂,具有较高的 催化活性和稳定性,成本较低,生产工艺简单,而且不产生二次污染,适于在VOCs废气催化 燃烧中的工业应用。
[0006] 本发明催化燃烧催化剂的制备方法,包括如下内容:
[0007] 以多孔惰性材料为载体,配制含贵金属活性元素水溶性化合物的溶液,并在该溶 液中添加碱性溶质制得浸渍溶液,用该浸渍溶液浸渍载体,经过阴干、干燥和焙烧得到最终 催化剂。
[0008] 本发明催化剂制备方法中,多孔惰性材料载体一般为γ 412〇3、5丨〇2、2抑2、沸石分 子筛、Ti〇 2或活性炭等,催化剂载体可以根据需要制备成适宜的形状。对于在市场购买的载 体或储存时间较长的载体,以使用前可以在80~120°C烘干2~12小时做去湿处理。
[0009] 本发明催化剂制备方法中,贵金属活性元素组分为Pt、Pd、Ru和Rh中的一种或几 种。贵金属活性元素的用量按最终催化剂中以元素质量计的含量为0.05%~0.5%确定,优选 按0.1%~0.3%确定。
[0010] 本发明催化剂制备方法中,碱性溶质为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸 钾中的一种或几种,添加后使浸渍溶液的pH值为8.0~12.5。
[0011]本发明催化剂制备方法中,浸渍时间为3~lOmin。
[0012] 本发明催化剂制备方法中,浸渍后的阴干湿度为25%~75%,阴干温度为自然温度, 一般为15~40°C,阴干的时间为12~48小时。干燥条件为在100~150°C干燥6~12小时;焙 烧为在350~500°C焙烧3~6小时。
[0013] 本发明方法制备的催化燃烧催化剂与现有方法制备的催化剂相比,制备过程简 单,贵金属含量更低,在载体表面有更大的分散度,利用率高,催化剂活性和稳定性均较高。 具体地说,本发明催化剂制备方法具有如下优点:
[0014] 1.本发明方法制备的催化剂在浸渍溶液中添加了碱性物质,使催化燃烧催化剂 活性组分在载体表面具有更小的分散颗粒,更均匀的分散效果和更适宜的分布,提高了催 化活性和稳定性,有效降低了反应温度,加快了挥发性有机化合物分子的氧化速度。
[0015] 2.本发明方法制备的催化剂在与现有催化剂性能相近的情况下,减少了贵金属 用量,不使用其它助剂,从而进一步降低催化剂成本。
[0016] 3.本发明所述催化剂生产方法工艺简单易行,设备投资成本低,有广泛的应用前 景。
附图说明
[0017] 图1是本发明实施例催化剂A和对比例催化剂E的稳定性评价对比图。
具体实施方式
[0018] 下面通过具体的实施例对本发明的技术给予进一步的说明,但是本发明所述的催 化剂不局限于实施例。其中的百分含量为质量分数。
[0019] 实施例1
[0020] 将球形γ-Α12〇3载体在烘箱中干燥处理后,在氯铂酸水溶液中添加氢氧化钠,使浸 渍溶液的pH值为12.5,再将γ -Α12〇3载体浸渍于上述浸渍溶液中,担载量按Pt 0.1%确定,浸 渍时间为5min,然后在湿度为45%的20°C空气中阴干20小时,在空气气氛的烘箱中120°C烘 干6小时,最后置于马弗炉在空气氛围下500°C焙烧5小时,得到催化燃烧催化剂A。
[0021] 实施例2
[0022] 将球形Si02载体在烘箱中干燥处理后,在氯钯酸水溶液中添加氨水,使浸渍溶液 pH值为8,再将Si02载体浸渍于上述浸渍溶液中,担载量按Pd 0.2%确定,浸渍时间为lOmin, 然后在湿度为55%的20°C空气中阴干20小时,在空气气氛的烘箱中100°C烘干10小时,最后 置于马弗炉在空气氛围下450°C焙烧3小时,得到催化燃烧催化剂B。
[0023] 实施例3
[0024] 将条形Ti02载体在烘箱中干燥处理后,在氯化钌水溶液中添加氢氧化钾,使浸渍 溶液pH值为10,再将Ti0 2载体浸渍于上述浸渍溶液中,担载量按Ru 0.2%确定,浸渍时间为 3min,然后在湿度为30%的25°C的空气中阴干20小时,在空气气氛的烘箱中150°C烘干12小 时,最后置于马弗炉在空气氛围下500°C焙烧3小时,得到催化燃烧催化剂C。
[0025] 实施例4
[0026] 将柱状活性炭载体在烘箱中干燥处理后,在氯铂酸水溶液中添加碳酸钠,使浸渍 溶液pH值为9.5,再将活性炭载体浸渍于上述浸渍溶液中,担载量按Pt 0.3%确定,浸渍时间 为5min,然后在湿度为45%的20°C的空气中阴干20小时,在惰性气体氛围的烘箱中120°C烘 干6小时,最后置于马弗炉在惰性气体氛围下350°C焙烧5小时,得到催化燃烧催化剂D。
[0027] 对比例1
[0028] 将球形γ -Al2〇3载体在烘箱中干燥处理后,将γ -Al2〇3载体浸渍于氯铂酸水溶液 中,担载量按Pt 0.1%确定,浸渍时间为5min,然后在湿度为45%的20°C空气中阴干20小时, 在空气气氛的烘箱中120°C烘干6小时,最后置于马弗炉在空气氛围下500°C焙烧小时,得到 催化燃烧催化剂E。
[0029] 将上述实施例及对比例制备的催化剂进行催化燃烧性能评价,选取模拟三苯系废 气作为处理对象,该废气的非甲烷总烃浓度为3000~5000mg · m_3,反应空速为βΟΟΟΟΙΓ1,床 层温度为250°C,10小时评价结果见表1。
[0030] 表1催化剂对模拟三苯系废气的催化燃烧处理效果
Figure CN103769085BD00051
[0032]将上述实施例及对比例制备的催化剂进行催化燃烧性能评价,选取某污水处理厂 挥发性有机化合物废气作为处理对象,该废气的非甲烷总烃浓度为3000~5000mg · nf3,反 应空速为βΟΟΟΟΙΓ1,床层温度为250°C,10小时评价结果见表2。
[0033]表2催化剂对污水处理厂废气的催化燃烧处理效果
Figure CN103769085BD00052
[0035] ^选取某污水处理厂挥发性有机化合物废气作为处理对象,对实施例催化剂A和对 比例催化剂E进行催化剂稳定性评价实验,运转50小时后将空速提高到ΘΟΟΟΟΙΓ 1,实验结果 如图1所示。由图1可知,在100小时的试验中,实施例催化剂Α的活性较高而且一直保持不 变,表现出了良好的稳定性。而对比例催化剂E除了初活性较低之外,在反应50小时之后活 性也出现了明显的下降。
Figure CN103769085BD00061
[0036] 同理,利用上述其它贵金属盐溶液和其它材料、形状的载体进行负载,同样可以制 备出针对挥发性有机物废气的催化燃烧催化剂,实现本发明。
[0037] 由以上实施例可以得知,本发明开发研制的催化剂有较高的催化活性,而且贵金 属含量低,活性金属状态和分布适宜,不需要其他助剂,进一步降低成本。另外本发明研制 的催化剂生产简单易行,设备投资低,有较好的工业应用前景。

Claims (9)

1. 一种催化燃烧催化剂的制备方法,包括如下内容:以多孔惰性材料为载体,配制含贵 金属活性元素水溶性化合物的溶液,并在该溶液中添加碱性溶质制得浸渍溶液,添加后使 浸渍溶液的pH值为8.0~12.5,用该浸渍溶液浸渍载体,经过阴干、干燥和焙烧得到最终催 化剂;浸渍后的阴干湿度为25%~75%,阴干温度为自然温度,即为15~40°C,阴干的时间为 12~48小时。
2. 按照权利要求1所述的方法,其特征在于:多孔惰性材料载体为γ -Al2〇3、Si02、Zr02、 沸石分子筛、Ti〇2或活性炭。
3. 按照权利要求1或2所述的方法,其特征在于:多孔惰性材料载体使用前在80~120°C 烘干2~12小时。
4. 按照权利要求1所述的方法,其特征在于:贵金属活性元素为Pt、Pd、Ru和Rh中的一种 或几种。
5. 按照权利要求1或4所述的方法,其特征在于:贵金属活性元素的用量按最终催化剂 中以元素质量计的含量为0.05%~0.5%确定。
6. 按照权利要求1或4所述的方法,其特征在于:贵金属活性元素的用量按最终催化剂 中以元素质量计的含量为0.1%~0.3%确定。
7. 按照权利要求1所述的方法,其特征在于:碱性溶质为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碳 酸钠和碳酸钾中的一种或几种。
8. 按照权利要求1所述的方法,其特征在于:浸渍时间为3~lOmin。
9. 按照权利要求1所述的方法,其特征在于:干燥条件为在100~150°C干燥6~12小时; 焙烧为在350~500°C焙烧3~6小时。
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