CN103785439A - 一种双功能催化剂abk/y及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于催化剂领域，涉及一种双功能催化剂ABK/Y及其制备方法和应用。将稀土金属硝酸盐、过渡金属硝酸盐和钾，加入去离子水得到混合溶液，将分子筛浸渍于混合溶液中混均，静置老化一段时间、用烘箱干燥、马弗炉焙烧制得催化剂，该催化剂中稀土金属、过渡金属与钾的摩尔比为（0.1～10）：（1～10）：1。该催化剂制作工艺简单，操作方便，活性组分不易流失，适用范围广泛，且具有高催化活性等优点，是一种适用于催化燃烧的双功能催化剂，经样品测试性能优良。
Description
技术领域
本发明属于催化剂领域，涉及一种双功能催化剂ABK/Y及其制备方法和应用。
背景技术
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，各种有机溶剂的应用越来越广，随之而来问题是挥发性有化合物VOCs（Volatitle Organic Compounds）的排放量也逐年增加。
在有机物氯化生产含氯化合物如苯氯化生产氯化苯，甲苯环上氯化生产氯甲苯，甲苯侧链氯化生产氯化苄及环己烷氯化生产氯代环己烷等过程的尾气中除了大量副产的氯化氢以外，同时还夹带少量苯、甲苯或环己烷，会沉积在固体催化剂表面上而影响催化剂的活性，需要开发新型的双功能催化剂，在去除氯化氢的同时又可使有机杂质氧化（催化燃烧）成二氧化碳和水。随着人类环保意识的不断加强，环保法规的不断完善，如何能高效、清洁的去除有机氧化或氯化尾气中的有机杂质，已成为目前迫切需要解决的问题。
治理挥发性有机废气的根本途径是采用无污染的工艺，少用或者不用有害原料，控制废气排放。目前最有应用前景的消除VOCs的方法是催化燃烧法，催化燃烧法是将废气中的有机物在催化剂的作用下低温氧化分解成CO2和H2O，该方法显著的优点是能够在很低的浓度下进行操作，且操作温度低。
目前制备催化剂的方法主要有：沉淀法、凝胶法、浸渍法、离子交换法、热熔融法等。其中利用浸渍法制备的催化剂用率高、用量少、成本低，可灵活选用载体，为催化剂提供所需物理结构特性，且省去催化剂成型步骤，因此浸渍法是一种简单易行而且经济的方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种双功能催化剂ABK/Y。
本发明的另一目的是提供该催化剂的制备方法。
本发明的又一目的是提供该催化剂的应用。
本发明的目的可通过如下技术方案实现：
一种适用于催化燃烧处理有机废气的双功能催化剂ABK/Y，它主要由Y分子筛以及负载在Y分子筛表面的稀土金属、过渡金属和钾组成，Y分子筛与过渡金属的质量比为4:1，稀土金属、过渡金属与钾的摩尔比为（0.1～10）：（1～10）：1。
其中，所述的稀土金属选自镧、铈、钇、锆中的任意一种，所述的过渡金属选自铜、锰、钴、镍中的任意一种。
所述的催化剂ABK/Y通过以下方法制备得到：
（1）将稀土金属硝酸盐用去离子水溶解，得到稀土金属硝酸盐溶液，其中稀土金属摩尔浓度为0.5～10mol/L；
（2）配制过渡金属硝酸盐溶液，其中过渡金属摩尔浓度为1～10mol/L；
（3）配制含钾溶液，其中钾离子摩尔浓度为1mol/L；
（4）将步骤（1）、（2）、（3）配制的溶液按稀土金属、过渡金属与钾的摩尔比为（0.1～10）：（1～10）：1的比例混合，秤取Y分子筛，Y分子筛与过渡金属的质量比为4:1，所得混合溶液与分子筛混均，继续搅拌，静置老化一段时间；
（5）在特定温度的烘箱中烘干一段时间，然后在高温马弗炉中焙烧一段时间，得到催化剂原粉；
（6）压片后粉碎过筛取得催化剂颗粒，即为所述的催化剂ABK/Y。
步骤（3）中所述的含钾溶液为氯化钾、硝酸钾或碳酸钾溶液中的一种。
步骤（4）中所述搅拌时间是0.5～1.5h，静置老化时间为12～36h；步骤（5）中所述烘箱的温度是80～140℃，烘干时间为5h～24h，马弗炉焙烧温度为300～1000℃，焙烧时间为1h～5h；步骤（6）中过筛筛取的催化剂颗粒粒径为18～28目。
本发明所述的适用于催化燃烧处理有机废气的催化剂ABK/Y的制备方法，包含以下步骤：
（1）将稀土金属硝酸盐用去离子水溶解，得到稀土金属硝酸盐溶液，其中稀土金属摩尔浓度为0.5～10mol/L；
（2）配制过渡金属硝酸盐溶液，其中过渡金属摩尔浓度为1～10mol/L；
（3）配制含钾溶液，其中钾离子摩尔浓度为1mol/L；
（4）将步骤（1）、（2）、（3）配制的溶液按稀土金属、过渡金属与钾的摩尔比为（0.1～10）：（1～10）：1的比例混合，秤取Y分子筛，Y分子筛与过渡金属的质量比为4:1，所得混合溶液与分子筛混均，继续搅拌，静置老化一段时间；
（5）在特定温度的烘箱中烘干一段时间，然后在高温马弗炉中焙烧一段时间，得到催化剂原粉；
（6）压片后粉碎过筛取得催化剂颗粒，即为所述的催化剂ABK/Y。
其中，所述的稀土金属选自镧、铈、钇、锆中的任意一种；所述的过渡金属选自铜、锰、钴、镍中的任意一种；所述的含钾溶液为氯化钾、硝酸钾或碳酸钾溶液中的一种。
步骤（4）中所述搅拌时间是0.5～1.5h，静置老化时间为12～36h；步骤（5）中所述烘箱的温度是80～140℃，烘干时间为5h～24h，马弗炉焙烧温度为300～1000℃，焙烧时间为1h～5h；步骤（6）中过筛筛取的催化剂颗粒粒径为18～28目。
本发明所述的双功能催化剂ABK/Y在催化燃烧法处理VOCs废气中的应用。
有益效果：
1、本发明制备出的催化剂粒度均匀、催化效果好；去除氯化氢废气的同时，对甲苯等有机废气有很好的去除效果，是一种广谱型的催化氧化催化剂，具有广阔的应用前景；
2、制备出的催化剂具有很强的氧化活性，在一定温度下能够快速的催化氧化；
3、制备出的催化剂具有较强的稳定性、抗毒性和寿命长等优点；
4、制作方法简单、方便、快捷、节能、生产效率高、节约成本。
具体实施方式
实施例1：
准备硝酸铈溶液0.5mol/L、硝酸锰溶液1mol/L和氯化钾溶液1mol/L，秤取10g的Y分子筛，由Y分子筛与过渡金属元素的质量比为4:1，算得需量取45.5ml的硝酸锰溶液，铈、锰、钾摩尔比为0.1:1:1，量取硝酸铈溶液9.1ml，氯化钾溶液45.5ml，将三种溶液混合，在室温下搅拌0.5h后，所得溶液与10gY分子筛混均，继续搅拌0.5h，静置老化12h，在80℃下烘干5h，在300℃下焙烧1h得到催化剂原粉，经压片后粉碎过18目筛得催化剂颗粒。
用本方法制备的10g催化剂放入反应器中，通入含500mg/m3氯化氢与2400mg/m3甲苯模拟气体，停留时间2s，300℃的时候氯化氢去除率100%，甲苯去除率达到90%，相同条件下使用100h，氯化氢的去除率为98%，甲苯去除率为85%。
实施例2：
准备硝酸镧溶液10mol/L、硝酸铜溶液10mol/L和氯化钾溶液1mol/L，秤取10gY分子筛，由Y分子筛与过渡金属元素的质量比为4:1，算得需量取3.9ml的硝酸铜溶液，根据镧、铜、钾摩尔比为10:10:1，量取硝酸铈溶液3.9ml，氯化钾溶液3.9ml，将三种溶液混合，在室温下搅拌1.5h后，所得溶液与10gY分子筛混均，继续搅拌1.5h，静置老化36h，在140℃下烘干24h，在1000℃下焙烧5h得到催化剂原粉，经压片后粉碎过28目筛得催化剂颗粒。
用本方法制备的10g催化剂放入反应器中，通入含500mg/m3氯化氢与2400mg/m3甲苯模拟气体，停留时间0.4s，300℃的时候氯化氢去除率100%，甲苯去除率达到93%，相同条件下使用100h，氯化氢的去除率为95%，甲苯去除率为82%。。
实施例3：
准备硝酸钇溶液0.5mol/L、硝酸钴溶液10mol/L和氯化钾溶液1mol/L，秤取10gY分子筛，由Y分子筛与过渡金属元素的质量比为4:1，算得需量取4.24ml的硝酸钴溶液，根据钇、钴、钾摩尔比为0.1:10:1，量取4.24ml氯化钾溶液，1ml的硝酸钇溶液，将三种溶液混合，在室温下搅拌0.8h后，所得溶液与10gY分子筛混均，继续搅拌0.8h，静置老化18h，在100℃下烘干8h，在450℃下焙烧2h得到催化剂原粉，经压片后粉碎过筛取20目的催化剂颗粒。
用本方法制备的10g催化剂放入反应器中，通入含500mg/m3氯化氢与2400mg/m3甲苯模拟气体，270℃的时候氯化氢去除率97%，甲苯的去除率达到97%以上。相同条件下使用100h，氯化氢去除率95%，甲苯去除率为80%。
实施例4：
准备硝酸锆溶液10mol/L、硝酸镍溶液1mol/L和氯化钾溶液1mol/L，秤取10gY分子筛，由Y分子筛与过渡金属元素的质量比为4:1，算得需量取42.4ml的硝酸镍溶液，根据锆、镍、钾摩尔比为10:1:1，量取硝酸锆溶液42.4ml，氯化钾溶液42.4ml，将三种溶液混合，在室温下搅拌1.2h，所得溶液与10gY分子筛混均，继续搅拌1.2h，静置老化28h，在130℃下烘干12h，在650℃下焙烧4h得到催化剂原粉，经压片后粉碎过26目筛得催化剂颗粒。
用本方法制备的10g催化剂放入反应器中，通入含500mg/m3氯化氢与2400mg/m3甲苯模拟气体，停留时间0.5s，270℃的时候氯化氢去除率为99%，甲苯的去除率达到95%以上。使用100h后，氯化氢去除率98%，甲苯去除率为90%。
实施例5：
准备硝酸铈溶液5mol/L、硝酸铜溶液5mol/L和氯化钾溶液1mol/L，秤取10gY分子筛，由Y分子筛与过渡金属元素的质量比为4:1，算得需量取39ml的硝酸铜溶液，根据锆、镍、钾摩尔比为1:2:1，量取19.5ml的硝酸铈溶液，19.5ml氯化钾溶液，将三种溶液混合，在室温下搅拌1h，所得溶液与10gY分子筛混均，继续搅拌1h，静置老化24h，在120℃下烘干10h，在550℃下焙烧3h得到催化剂原粉，经压片后粉碎过24目筛得催化剂颗粒。
用本方法制备的10g催化剂放入反应器中，通入含500mg/m3氯化氢与2400mg/m3甲苯模拟气体，停留时间0.8s，300℃的时候氯化氢去除率为100%，甲苯的去除率达到99%以上。使用100h后，氯化氢去除率98%，甲苯去除率为90%。
通过实施例发现，本发明所述的催化剂ABK/Y反应快、使用寿命长、去除效果好，且本发明制备的催化剂不使用贵金属，制备工艺简单，生产成本低而易于推广。
Claims (9)
1.一种适用于催化燃烧处理有机废气的双功能催化剂ABK/Y，其特征在于它主要由Y分子筛以及负载在Y分子筛表面的稀土金属、过渡金属和钾组成，Y分子筛与过渡金属元素的质量比为4:1，稀土金属、过渡金属与钾的摩尔比为（0.1～10）：（1～10）：1。
2.根据权利要求1所述的催化剂ABK/Y，其特征在于所述的稀土金属选自镧、铈、钇、锆中的任意一种，所述的过渡金属选自铜、锰、钴、镍中的任意一种。
3.根据权利要求1或2所述的催化剂ABK/Y，其特征在于所述的催化剂ABK/Y通过以下方法制备得到：
（1）将稀土金属硝酸盐用去离子水溶解，得到稀土金属硝酸盐溶液，其中稀土金属摩尔浓度为0.5～10mol/L；
（2）配制过渡金属硝酸盐溶液，其中过渡金属摩尔浓度为1～10mol/L；
（3）配制含钾溶液，其中钾离子摩尔浓度为1mol/L；
（4）将步骤（1）、（2）、（3）配制的溶液按稀土金属、过渡金属与钾的摩尔比为（0.1～10）：（1～10）：1的比例混合，秤取Y分子筛，Y分子筛与过渡金属的质量比为4:1，所得混合溶液与分子筛混均，继续搅拌，静置老化一段时间；
（5）在特定温度的烘箱中烘干一段时间，然后在高温马弗炉中焙烧一段时间，得到催化剂原粉；
（6）压片后粉碎过筛取得催化剂颗粒，即为所述的催化剂ABK/Y。
4.根据权利要求3所述的催化剂ABK/Y，其特征在于步骤（3）中所述的含钾溶液为氯化钾、硝酸钾或碳酸钾溶液中的一种。
5.根据权利要求3所述的催化剂ABK/Y，其特征在于步骤（4）中所述搅拌时间是0.5～1.5h，静置老化时间为12～36h；步骤（5）中所述烘箱的温度是80～140℃，烘干时间为5h～24h，马弗炉焙烧温度为300～1000℃，焙烧时间为1h～5h；步骤（6）中过筛筛取的催化剂颗粒粒径为18～28目。
6.权利要求1所述的适用于催化燃烧处理有机废气的催化剂ABK/Y的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
（1）将稀土金属硝酸盐用去离子水溶解，得到稀土金属硝酸盐溶液，其中稀土金属摩尔浓度为0.5～10mol/L；
（2）配制过渡金属硝酸盐溶液，其中过渡金属摩尔浓度为1～10mol/L；
（3）配制含钾溶液，其中钾离子摩尔浓度为1mol/L；
（4）将步骤（1）、（2）、（3）配制的溶液按稀土金属、过渡金属与钾的摩尔比为（0.1～10）：（1～10）：1的比例混合，秤取Y分子筛，Y分子筛与过渡金属的质量比为4:1，所得混合溶液与分子筛混均，继续搅拌，静置老化一段时间；
（5）在特定温度的烘箱中烘干一段时间，然后在高温马弗炉中焙烧一段时间，得到催化剂原粉；
（6）压片后粉碎过筛取得催化剂颗粒，即为所述的催化剂ABK/Y。
7.根据权利要求6所述的催化剂ABK/Y，其特征在于所述的稀土金属选自镧、铈、钇、锆中的任意一种；所述的过渡金属选自铜、锰、钴、镍中的任意一种；所述的含钾溶液为氯化钾、硝酸钾或碳酸钾溶液中的一种。
8.根据权利要求6所述的催化剂ABK/Y，其特征在于步骤（4）中所述搅拌时间是0.5～1.5h，静置老化时间为12～36h；步骤（5）中所述烘箱的温度是80～140℃，烘干时间为5h～24h，马弗炉焙烧温度为300～1000℃，焙烧时间为1h～5h；步骤（6）中过筛筛取的催化剂颗粒粒径为18～28目。
9.权利要求1所述的催化剂ABK/Y在催化燃烧法处理VOCs废气中的应用。
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