CN105289647A - 一种用于去除VOCs的催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种用于去除VOCs的催化剂及其制备方法 Download PDF

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黄丽明
王洪明
杨广华
吴晓东
余立清
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Abstract

本发明公开一种用于去除VOCs的催化剂，第一活性组分为：La1-a-bSraCebCo1-x-yMnxCuyO3，其中0≤a≤0.2，0≤b≤0.2，0≤x≤0.4，0≤y≤0.2，占30wt%；第二活性组分为：(CeO2)z(MnO2)z(CuO)z(VO2.5)1-3z，其中0≤z≤1/3，占10wt%；载体为：TiO2-MCM-41复合载体，其中TiO2:MCM-41的质量比=1:5～1:3，占60wt%。本发明还公开该催化剂的制备方法。本发明制备出高效的催化剂可根据VOCs的种类制备出最适合的催化燃烧催化剂，同时还具备光催化性能、热稳定性、抗毒性和减少积碳的发生。

Description

一种用于去除VOCs的催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于有机废气中去除VOCs催化剂的制备技术领域，具体涉及一种用于去除VOCs的催化剂的制备及其方法，用于实现在较低温中，根据VOCs的种类和实际情况制备出最合适的催化剂。
背景技术
VOCs是挥发性有机化合物（volatileorganiccompounds）的英文缩写。VOCs排放大多为人为排放，多半为石油化工相关产业的生产过程、产品消费行为以及机动车尾气排放等。
VOCs成分复杂，大多数VOCs具有刺激性气味或臭味，可引起人们感官上的不愉快，严重降低人们的生活质量。所具有的特殊气味且具有渗透、挥发及脂溶等特性，可导致人体出现诸多的不适症状。还具有毒性、刺激性及致畸致癌作用，尤其是苯、甲苯、二甲苯及甲醛对人体健康的危害最大，长期接触会使人患上贫血症与白血病。另外，VOCs气体还可导致呼吸道、肾、肺、肝、神经系统、消化系统及造血系统的病变。随着VOCs浓度的增加，人体会出现恶心、头痛、抽搐、昏迷等症状。在光照下可与NOx发生化学反应，形成二次污染物等等。因此，如何高效无污染地去除VOCs成为了当今研究的热点。
总之，VOCs引起的健康与环境问题已引起普遍关注，对VOCs的净化处理已迫在眉睫，因此，开发一种处理VOCs的有效方法具有重要的意义，催化燃烧技术具有广阔的应用前景，然而催化燃烧技术涉及催化材料制备、反应工艺以及污染物性能分析等多方面难点，因此研制与开发一种用于催化燃烧的高活性、高稳定性、抗中毒性、抗积碳性以及低廉的催化材料意义重大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于去除VOCs的催化剂及其制备方法，使较低温条件下具有高效催化作用。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种用于去除VOCs的催化剂，其特征在于，所述催化剂由活性组分、助剂和载体三部分组成：
所述的活性组分包括第一活性组分和第二活性组分；
第一活性组分为：La1-a-bSraCebCo1-x-yMnxCuyO3，其中0≤a≤0.2，0≤b≤0.2，0≤x≤0.4，0≤y≤0.2，第一活性组分所占催化剂的比例为30wt%；
第二活性组分为：(CeO2)z(MnO2)z(CuO)z(VO2.5)1-3z，其中0≤z≤1/3，第二活性组分所占催化剂的比例为10wt%；
所述的助剂为：两活性组分相互协同，互为助剂；
所述的载体为：TiO2-MCM-41复合载体，其中TiO2:MCM-41的质量比=1:5～1:3，载体所占催化剂的比例为60wt%。
所述催化剂的制备方法步骤如下：
步骤（1），按原子比例Ce:Mn:Cu:V=z:z:z:(1-3z)的硝酸盐和偏钒酸铵配成混合溶液，将锐钛矿纳米TiO2和有序介孔材料MCM-41按质量比为1:5～1:3与混合溶液混合均匀，将该混合溶液在70℃搅拌下蒸发浓缩至无水分，在100-110℃下干燥4-10h后备用；
步骤（2），将La:Sr:Ce:Co:Mn:Cu的原子比为（1-a-b):a:b:(1-x-y):x:y的上述硝酸盐溶解在去离子水中制成溶液，加入与硝酸盐金属离子等物质的量的柠檬酸搅拌溶解，在60-80℃的水浴中搅拌，缓慢蒸发水分；
步骤（3），将步骤（1）中所制得的粉末加入到步骤（2）中的溶液中，在超声装置中超声搅拌2-4小时，充分混合均匀；
步骤（4），将步骤（3）中的混合物放于烘箱中90-110℃干燥6-8小时；
步骤（5），将干燥后的混合物放于马弗炉中300-350℃下煅烧1-2h，400-500℃下煅烧1-3h，600-700℃煅烧4-6h，样品随炉冷却得到成品催化剂。
采用上述方案后，本发明所制备的催化剂以具备光催化性能的纳米TiO2和可以最大程度减少结炭发生的有序介孔材料MCM-41为复合载体，其质量比为1:5～1:3，可根据VOCs的种类决定其金属原子的比例，制备出最适合的高效率的催化剂，去除VOCs实例中在热催化氧化达不到要求时，可依据实际情况热催化氧化与光催化协同作用下去除VOCs。
本发明以有序介孔材料MCM-41为催化剂的主载体，MCM-41分子筛是具有均一孔径的长程有序介孔材料，极高的BET比表面积、大吸附容量、均一的中孔结构等更有利于活性组分的分散，使其催化剂表现出优良的催化性能、抗积碳性能和热稳定性。
本发明所制备的催化剂第一活性组分与第二活性组分相互协同，对于催化燃烧具有高活性、高稳定性、抗中毒性、抗积碳能力和降低过VOCs的起燃温度等特性，同时还具备光催化性能。
附图说明
图1为催化剂的光催化性能图；
图2为三种不同催化剂的去除甲苯气体反应温度与去除率的关系图；
图3为催化剂中毒后与原催化剂的反应温度与去除率的关系图。
具体实施方式
下面结合图1至图3以及实施例对本发明进一步详细说明。
如图1所示，制备所得的催化剂在紫外光照射下测试其甲苯气体的去除率，从图1时间与甲苯气体去除率曲线中可以看出，甲苯气体在紫外光的照射下，照射300min其甲苯气体的去除率可达50%左右。
如图2所示，实施例1、实施例2、实施例3中所得的催化剂在相同条件下的温度与VOCs气体流的去除率曲线图，从图中可以看出三种不同配方比例的催化剂其去除率都随着温度的升高而升高，温度在300℃左右其去除率都可以达到90%以上。
如图3所示，实施例3中的催化剂温度与去除率的关系曲线图，从图中可以看出，原催化剂温度在300℃中反应其VOCs的去除率可以达到90%左右，新鲜催化剂经SO2气体中毒后，其去除率会降低，温度在300℃下其去除率降低至85%左右，而传统的去除VOCs的催化剂经硫中毒后，其去除率会大大的降低，因此此发明中的催化剂具有良好的抗硫中毒能力。
实施例1：
步骤（1），按原子比例Ce:Mn:Cu=1/3:1/3:1/3（z=1/3）的上述硝酸盐共1.0g配成混合溶液，将纳米1.0gTiO2和5.0g有序介孔材料MCM-41与上述混合溶液混合均匀，将该混合溶液在70℃搅拌下蒸发浓缩至基本无水分，在105℃下干燥10h后备用；
步骤（2），将La:Sr:Co的原子比为0.8:0.2:1的上述硝酸盐共3.0g溶解在去离子水中制成溶液，加入与硝酸盐金属离子等物质的量的柠檬酸搅拌溶解，在70-80℃的水浴中搅拌，缓慢蒸发水分；
步骤（3），将步骤（1）中所制得的粉末加入到步骤(2)中的溶胶中，在超声装置中超声搅拌4h，充分混合均匀；
步骤（4），将步骤（3）中的混合物放于烘箱中110℃干燥6h；
步骤（5），将干燥后的混合物放于马弗炉中350℃下煅烧2h，500℃下煅烧3h，700℃煅烧6h，所得催化剂表示为：
La0.8Sr0.2CoO3-(CeO2)1/3(MnO2)1/3(CuO)1/3/TiO2-MCM-41。
实施例2：
步骤（1），按原子比例Ce:Mn:Cu:V=0.2:0.2:0.2:04（z=0.2）的上述硝酸盐、偏钒酸铵共1.0g配成混合溶液，将纳米1.0gTiO2和5.0g有序介孔材料MCM-41与上述混合溶液混合均匀，将该混合溶液在70℃搅拌下蒸发浓缩至基本无水分，在105℃下干燥10h后备用；
步骤（2），将La:Sr:Co:Mn:Cu的原子比为0.8:0.2:0.8:0.1:0.1的上述硝酸盐共3.0g溶解在去离子水中制成溶液，加入与硝酸盐金属离子等物质的量的柠檬酸搅拌溶解，在70℃的水浴中搅拌，缓慢蒸发水分；
步骤（3），将步骤（1）中所制得的粉末加入到步骤(2)中的溶胶中，在超声装置中超声搅拌2-4h，充分混合均匀；
步骤（4），将步骤（3）中的混合物放于烘箱中110℃干燥6h；
步骤（5），将干燥后的混合物放于马弗炉中350℃下煅烧2h，500℃下煅烧3h，700℃煅烧6h，所得催化剂表示为：
La0.8Sr0.2Co0.8Mn0.1Cu0.1O3-(CeO2)0.2(MnO2)0.2(CuO)0.2(VO2.5)0.4/TiO2-MCM-41。
实施例3：
步骤（1），按原子比例Ce:Mn:Cu:V=0.2:0.2:0.2:04（z=0.2）的上述硝酸盐、偏钒酸铵共1.0g配成混合溶液，将纳米1.0gTiO2和5.0g有序介孔材料MCM-41与上述混合溶液混合均匀，将该混合溶液在70℃搅拌下蒸发浓缩至基本无水分，在105℃下干燥10h备用；
步骤（2），将La:Co:Mn:Cu的原子比为1:0.8:0.1:0.1的上述硝酸盐共3.0g溶解在去离子水中制成溶液，加入与硝酸盐金属离子等物质的量的柠檬酸搅拌溶解，在70℃的水浴中搅拌，缓慢蒸发水分；
步骤（3），将步骤（1）中所制得的粉末加入到步骤(2)中的溶胶中，在超声装置中超声搅拌2-4h，充分混合均匀；
步骤（4），将步骤（3）中的混合物放于烘箱中110℃干燥6h；
步骤（5），将干燥后的混合物放于马弗炉中350℃下煅烧2h，500℃下煅烧3h，700℃煅烧6h，所得催化剂表示为：
LaCo0.8Mn0.1Cu0.1O3-(CeO2)0.2(MnO2)0.2(CuO)0.2(VO2.5)0.4/TiO2-MCM-41。

Claims (2)

1.一种用于去除VOCs的催化剂，其特征在于，所述催化剂由活性组分、助剂和载体三部分组成：
所述的活性组分包括第一活性组分和第二活性组分；
第一活性组分为：La1-a-bSraCebCo1-x-yMnxCuyO3，其中0≤a≤0.2，0≤b≤0.2，0≤x≤0.4，0≤y≤0.2，第一活性组分所占催化剂的比例为30wt%；
第二活性组分为：(CeO2)z(MnO2)z(CuO)z(VO2.5)1-3z，其中0≤z≤1/3，第二活性组分所占催化剂的比例为10wt%；
所述的助剂为：两活性组分相互协同，互为助剂；
所述的载体为：TiO2-MCM-41复合载体，其中TiO2:MCM-41的质量比=1:5～1:3，载体所占催化剂的比例为60wt%。
2.如权利要求1所述的一种用于去除VOCs的催化剂，其特征在于，制备步骤如下：
步骤（1），按原子比例Ce:Mn:Cu:V=z:z:z:(1-3z)的硝酸盐和偏钒酸铵配成混合溶液，将锐钛矿纳米TiO2和有序介孔材料MCM-41按质量比为1:5～1:3与混合溶液混合均匀，将该混合溶液在70℃搅拌下蒸发浓缩至无水分，在100-110℃下干燥4-10h后备用；
步骤（2），将La:Sr:Ce:Co:Mn:Cu的原子比为（1-a-b):a:b:(1-x-y):x:y的上述硝酸盐溶解在去离子水中制成溶液，加入与硝酸盐金属离子等物质的量的柠檬酸搅拌溶解，在60-80℃的水浴中搅拌，缓慢蒸发水分；
步骤（3），将步骤（1）中所制得的粉末加入到步骤（2）中的溶液中，在超声装置中超声搅拌2-4小时，充分混合均匀；
步骤（4），将步骤（3）中的混合物放于烘箱中90-110℃干燥6-8小时；
步骤（5），将干燥后的混合物放于马弗炉中300-350℃下煅烧1-2h，400-500℃下煅烧1-3h，600-700℃煅烧4-6h，样品随炉冷却得到成品催化剂。
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