CN106111157A - 一种用于丙烷催化燃烧消除的催化剂及制备和应用 - Google Patents

一种用于丙烷催化燃烧消除的催化剂及制备和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN106111157A
CN106111157A CN201610516534.9A CN201610516534A CN106111157A CN 106111157 A CN106111157 A CN 106111157A CN 201610516534 A CN201610516534 A CN 201610516534A CN 106111157 A CN106111157 A CN 106111157A
Authority
CN
China
Prior art keywords
catalyst
catalytic combustion
crystallization
propane
nano carbon
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.)
Pending
Application number
CN201610516534.9A
Other languages
English (en)
Inventor
何丹农
张涛
高振源
赵昆峰
杨玲
袁静
蔡婷
金彩虹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Original Assignee
Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd filed Critical Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority to CN201610516534.9A priority Critical patent/CN106111157A/zh
Publication of CN106111157A publication Critical patent/CN106111157A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/84—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/889—Manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/8892—Manganese
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/864—Removing carbon monoxide or hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/07—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases in which combustion takes place in the presence of catalytic material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明涉及一种丙烷催化燃烧消除的催化剂及制备方法，用于蓄热式催化燃烧技术。该催化剂采用水热的方式制备弱晶化的钛掺杂的氧化锰，然后利用氮气保护气氛下晶化，晶化温度300oC，晶化时间3h。钛掺杂的MnOx表面暴露出丰富的活性位点，有效的降低了丙烷燃烧的起燃温度，在300oC左右，丙烷可以完全燃烧，其工作温度适用于蓄热式催化燃烧设备。本发明成本低廉，催化剂活性较高，适用于中高浓度的VOCs催化燃烧。

Description

一种用于丙烷催化燃烧消除的催化剂及制备和应用
技术领域
本发明涉及催化燃烧环境保护技术领域，特别涉及到一种用于丙烷低温催化燃烧消除的锰基催化剂及其制备方法，并提供了一种用于完全催化燃烧消除环境中易挥发性有机污染物的方法。
背景技术
VOCs是形成夏季光化学烟雾、城市灰霾的主要成分，具有毒性危害人类健康。工业排放如化工厂排出的工艺尾气、废弃物焚烧的烟气中产生大量VOCs；随着机动车保有量的逐年增加，机动车尾气（PM（微粒、碳烟））、CO、NOx 和HC（碳氢化合物）已成为空气的主要污染源之一。随着国家环保法律法规对VOCs大气污染物排放有了更高的控制要求，对现有的VOCs治理技术有了更高的挑战。针对于处理大气量、中高浓度的VOCs（1000mg/m3-10000mg/m3）废气，蓄热式催化燃烧技术是一种较为成熟的方法。然而蓄热式催化燃烧技术催化剂使用的是贵金属铂、钯等贵金属催化剂，仍存在价格相对比较昂贵、贵金属易烧结、易流失，催化剂易中毒，投入成本高，这些缺点限制了其使用范围。开发价格低廉、结构稳定、活性较高的催化剂成为HC 催化燃烧亟待解决的问题。金属氧化物尤其是过渡金属氧化物由于其价格低廉且结构相对稳定常常被用作催化燃烧的催化剂。金属氧化物MnOx中锰具有丰富的价态，具有很强的储放氧能力，对于烃类的催化完全氧化表现出了一定的活性，然而其起燃温度相对较高，因此试图通过掺杂其他提高其催化性能是目前相关研究者很关心的议题。为克服现有技术得不足，本发明提供一种用于丙烷催化燃烧的催化剂及其制备方法和应用。
钛掺杂的MnOx表面暴露出丰富的活性位点，有效的降低了丙烷燃烧的起燃温度，在300oC左右，丙烷可以完全燃烧，其工作温度适用于蓄热式催化燃烧设备。本发明成本低廉，催化剂活性较高，适用于中高浓度的VOCs催化燃烧。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种丙烷催化燃烧消除的催化剂及制备方法和应用。
一种用于丙烷催化燃烧消除的催化剂的制备方法，其特征在于，利用四价钛掺杂氧化锰的方式获得较高的活性，其制备步骤包括：
（1）将0.6mol/L的葡萄糖水溶液常温搅拌均匀后放入聚四氟乙烯内衬的水热晶化釜，晶化温度为180℃，反应5h获得沉淀；用去离子水和95%乙醇清洗至滤液为无色，过滤出所得沉淀并烘干即制得碳纳米球；
（2）将0.08g碳纳米球分散至0.01~0.05mol/L聚乙烯吡咯烷酮的水溶液中记为第一分散液，逐滴滴入0.1mol/L高锰酸钾水溶液以及质量百分比为0.2%硫酸钛水溶液，常温搅拌混合均匀后放入聚四氟乙烯内衬的水热晶化釜，晶化温度为160℃，反应1h获得沉淀；洗涤、过滤出所得沉淀并烘干，得到弱晶化的钛掺杂的氧化锰；
（3）将弱晶化钛掺杂的氧化锰在氮气保护气氛下晶化3h获得钛掺杂的MnOx。
步骤（2）中聚乙烯吡咯烷酮与碳纳米球的质量比1：6；步骤（2）中高锰酸钾与碳纳米球的质量比10：0.1；步骤（2）硫酸钛与碳纳米球的质量比1：1。
步骤（2）中，所述第一分散液中碳纳米球的质量百分比为0.6%；聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比为0.1%；所述高锰酸钾水溶液的浓度为0.1mol/L；硫酸钛溶液的质量百分比为0.2%；步骤（3）中，所述晶化温度为300℃。
一种用于丙烷催化燃烧消除的催化剂，其特征在于，根据上述任一所述方法制备得到。
一种用于丙烷催化燃烧消除的催化剂的应用。
经研究发现钛掺杂的MnOx催化剂有效的降低了丙烷燃烧的起燃温度，在300oC左右，丙烷可以完全燃烧，其工作温度适用于蓄热式催化燃烧设备。
附图说明
图1为实施例1 Ti-MnOx的丙烷氧化过程反应温度与丙烷转化率测试曲线；图2为实施例2 Fe-MnOx丙烷氧化过程中反应温度与丙烷转化率测试曲线；图3为实施例3 Mg-MnOx丙烷氧化过程反应温度与丙烷转化率测试曲线。
具体实施方式
以下实例结合附图用于更详细地说明本发明，但本发明并不限于此。
用于丙烷催化燃烧的所有催化剂活性评价在固定床微反应器（内径8mm 石英，长250mm）中进行，催化剂的用量为100mg，温度采用K 型热电偶自动控制。标准钢瓶气经配气系统与空气混合进入反应器进行燃烧。流量采用质量流量计控制，丙烷的浓度为0.1vol%，每克催化剂每小时处理的废气量为30L。主要反应产物为二氧化碳和水。
实施例1：
将0.6mol/L的葡萄糖水溶液常温搅拌均匀后放入聚四氟乙烯内衬的水热晶化釜，晶化温度为180℃，反应5h获得沉淀。用去离子水和95%乙醇清洗至滤液为无色，过滤出所得沉淀并烘干即制得碳纳米球。将碳纳米球与0.05mol/L聚乙烯吡咯烷酮的水溶液、0.1mol/L高锰酸钾水溶液以及质量百分比为0.2%硫酸钛水溶液常温搅拌混合均匀后放入聚四氟乙烯内衬的水热晶化釜，晶化温度为160℃，反应1h获得沉淀；洗涤、过滤出所得沉淀并烘干，得到弱晶化的钛掺杂的氧化锰。将弱晶化钛掺杂的氧化锰在氮气保护气氛下晶化温度300℃，晶化3h获得钛掺杂的MnOx。下表中T10%、T50%、T90% 分别为转化率达到10%、50%、90% 时所需的反应温度。
实施例2：
将0.6mol/L的葡萄糖水溶液常温搅拌均匀后放入聚四氟乙烯内衬的水热晶化釜，晶化温度为180℃，反应5h获得沉淀。用去离子水和95%乙醇清洗至滤液为无色，过滤出所得沉淀并烘干即制得碳纳米球。将碳纳米球与0.05mol/L聚乙烯吡咯烷酮的水溶液、0.1mol/L高锰酸钾水溶液以及1mol/L硫酸铁水溶液常温搅拌混合均匀后放入聚四氟乙烯内衬的水热晶化釜，晶化温度为160℃，反应1h获得沉淀；洗涤、过滤出所得沉淀并烘干，得到弱晶化的铁掺杂的氧化锰。将弱晶化铁掺杂的氧化锰在氮气保护气氛下晶化温度300℃，晶化3h获得铁掺杂的MnOx。
实施例3：
将0.6mol/L的葡萄糖水溶液常温搅拌均匀后放入聚四氟乙烯内衬的水热晶化釜，晶化温度为180℃，反应5h获得沉淀。用去离子水和95%乙醇清洗至滤液为无色，过滤出所得沉淀并烘干即制得碳纳米球。将碳纳米球与0.05mol/L聚乙烯吡咯烷酮的水溶液、0.1mol/L高锰酸钾水溶液以及1mol/L硫酸镁水溶液常温搅拌混合均匀后放入聚四氟乙烯内衬的水热晶化釜，晶化温度为160℃，反应1h获得沉淀；洗涤、过滤出所得沉淀并烘干，得到弱晶化的镁掺杂的氧化锰。将弱晶化镁掺杂的氧化锰在氮气保护气氛下晶化温度300℃，晶化3h获得镁掺杂的MnOx。

Claims (5)

1.一种用于丙烷催化燃烧消除的催化剂的制备方法，其特征在于，利用四价钛掺杂氧化锰的方式获得较高的活性，其制备步骤包括：
（1）将0.6mol/L的葡萄糖水溶液常温搅拌均匀后放入聚四氟乙烯内衬的水热晶化釜，晶化温度为180℃，反应5h获得沉淀；用去离子水和95%乙醇清洗至滤液为无色，过滤出所得沉淀并烘干即制得碳纳米球；
（2）将0.08g碳纳米球分散至0.01~0.05mol/L聚乙烯吡咯烷酮的水溶液中记为第一分散液，逐滴滴入0.1mol/L高锰酸钾水溶液以及质量百分比为0.2%硫酸钛水溶液，常温搅拌混合均匀后放入聚四氟乙烯内衬的水热晶化釜，晶化温度为160℃，反应1h获得沉淀；洗涤、过滤出所得沉淀并烘干，得到弱晶化的钛掺杂的氧化锰；
（3）将弱晶化钛掺杂的氧化锰在氮气保护气氛下晶化3h获得钛掺杂的MnOx。
2.根据权利要求1 所述用于丙烷催化燃烧消除的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中聚乙烯吡咯烷酮与碳纳米球的质量比1：6；步骤（2）中高锰酸钾与碳纳米球的质量比10：0.1；步骤（2）硫酸钛与碳纳米球的质量比1：1。
3. 根据权利要求 1所述用于丙烷催化燃烧消除的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述第一分散液中碳纳米球的质量百分比为0.6%；聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比为0.1%；所述高锰酸钾水溶液的浓度为0.1mol/L；硫酸钛溶液的质量百分比为0.2%；步骤（3）中，所述晶化温度为300℃。
4.一种用于丙烷催化燃烧消除的催化剂，其特征在于，根据上述任一权利要求所述方法制备得到。
5.根据权利要求 4所述用于丙烷催化燃烧消除的催化剂的应用。
CN201610516534.9A 2016-07-04 2016-07-04 一种用于丙烷催化燃烧消除的催化剂及制备和应用 Pending CN106111157A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610516534.9A CN106111157A (zh) 2016-07-04 2016-07-04 一种用于丙烷催化燃烧消除的催化剂及制备和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610516534.9A CN106111157A (zh) 2016-07-04 2016-07-04 一种用于丙烷催化燃烧消除的催化剂及制备和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106111157A true CN106111157A (zh) 2016-11-16

Family

ID=57468125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610516534.9A Pending CN106111157A (zh) 2016-07-04 2016-07-04 一种用于丙烷催化燃烧消除的催化剂及制备和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106111157A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107469856A (zh) * 2017-10-12 2017-12-15 浙江师范大学 一种用于丙烷完全燃烧的催化剂及其制备方法
CN107537524A (zh) * 2017-10-12 2018-01-05 浙江师范大学 一种用于丙烷完全氧化的催化剂及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0266875A1 (en) * 1986-09-10 1988-05-11 Hitachi, Ltd. Method of catalytic combustion using heat-resistant catalyst
CN102824909A (zh) * 2012-08-24 2012-12-19 福州大学 一种低温催化燃烧挥发性有机物催化剂及其制备方法
CN103990460A (zh) * 2014-05-16 2014-08-20 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 丙烷完全氧化催化剂及其制备方法和应用
CN104383925A (zh) * 2014-11-19 2015-03-04 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 丙烷催化燃烧消除的催化剂及制备方法和应用
CN105289583A (zh) * 2015-10-30 2016-02-03 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种碳纳米球担载氧化锰基催化剂的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0266875A1 (en) * 1986-09-10 1988-05-11 Hitachi, Ltd. Method of catalytic combustion using heat-resistant catalyst
CN102824909A (zh) * 2012-08-24 2012-12-19 福州大学 一种低温催化燃烧挥发性有机物催化剂及其制备方法
CN103990460A (zh) * 2014-05-16 2014-08-20 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 丙烷完全氧化催化剂及其制备方法和应用
CN104383925A (zh) * 2014-11-19 2015-03-04 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 丙烷催化燃烧消除的催化剂及制备方法和应用
CN105289583A (zh) * 2015-10-30 2016-02-03 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种碳纳米球担载氧化锰基催化剂的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DONGYAN LI等: ""Effective Ti Doping of δ MnO2 via Anion Route for Highly Active Catalytic Combustion of Benzene"", 《THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C》 *
酒红芳等: "《中空结构微纳米材料的制备与应用研究》", 31 December 2013 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107469856A (zh) * 2017-10-12 2017-12-15 浙江师范大学 一种用于丙烷完全燃烧的催化剂及其制备方法
CN107537524A (zh) * 2017-10-12 2018-01-05 浙江师范大学 一种用于丙烷完全氧化的催化剂及其制备方法
CN107469856B (zh) * 2017-10-12 2019-11-26 浙江师范大学 一种用于丙烷完全燃烧的催化剂及其制备方法
CN107537524B (zh) * 2017-10-12 2019-12-31 浙江师范大学 一种用于丙烷完全氧化的催化剂及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Peña et al. Identification of surface species on titania-supported manganese, chromium, and copper oxide low-temperature SCR catalysts
CN101284238B (zh) 固定源氨选择性催化还原氮氧化物系列催化剂
CN105327698B (zh) 以含钛高炉渣为载体的新型scr烟气脱硝催化剂的制备方法
CN107456981B (zh) 一种废气脱硝复合催化剂及其制备方法
WO2015149499A1 (zh) 一种低温高效脱硝催化剂及其制备方法
CN102335604B (zh) 具有纳米核壳结构的scr低温脱硝催化剂及其制备方法
CN102205240B (zh) 基于TiO2-SnO2复合载体的SCR烟气脱硝催化剂及制备方法
CN105833901A (zh) 一种PrOx-MnOx/SAPO-34低温SCR烟气脱硝催化剂及其制备方法与应用
CN107308944A (zh) 一种二氧化钛基催化剂及其制备方法和应用
CN105772075A (zh) 一种MnOx/SAPO-34低温SCR烟气脱硝催化剂及其制备方法与应用
CN106732624A (zh) 一种用于烟气脱硝的催化剂及其制备方法
CN109433254A (zh) 一种限域分子筛脱硝催化剂及其制备方法
CN106040247A (zh) 一种用于氨选择性催化氧化的催化剂及其制备方法
CN106732531A (zh) 一种scr脱硝催化剂及其制备方法和用途
CN105771967A (zh) 一种金属氧化物-矾酸盐/凹凸棒土催化剂
CN106423146A (zh) 一种以赤泥为载体负载锰铈的scr催化剂及其制备方法
CN105170139B (zh) 一种脱硝催化剂、其制备方法及其应用
CN106111157A (zh) 一种用于丙烷催化燃烧消除的催化剂及制备和应用
CN105413708A (zh) 一种低浓度空气污染物净化材料的制备方法
CN105727965B (zh) 一种用于烟气脱硝的铜锆铈钛复合氧化物催化剂及其制法
Ma et al. Jet absorption and desulfurization technology of sulfur waste gas in the acrylonitrile apparatus
CN104084213A (zh) 用于固定源烟气低温脱硝的铁锰钛催化剂的制法及其制备的催化剂
CN107376893B (zh) 一种处理含no废气的复合催化剂及其制备方法
CN105126819B (zh) 一种同时消除nh3、no和碳烟颗粒的复合氧化物催化剂及其制备方法和用途
CN101560422B (zh) 用于scr技术的柴油发动机还原剂添蓝组合物

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20161116

RJ01 Rejection of invention patent application after publication