CN107213907B - 一种泡沫镍基原位介孔状催化氧化催化剂的制备方法 - Google Patents
一种泡沫镍基原位介孔状催化氧化催化剂的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种泡沫镍基原位介孔状催化氧化催化剂的制备方法，所制得的催化剂在低起燃温度下对酯类及苯类有机物具有较高的催化氧化能力。本发明的制备方法中采用水热法将金属氧化物生长在活化后的泡沫镍上，附着力良好，使用寿命长。金属氧化物呈小岛状分布，比表面积大，有利于对反应物分子的吸附进而分解。本发明制备得到的催化剂用来将VOCs氧化为CO2和H2O，具有高催化转化效率、低起燃温度、高稳定性、风阻小等优点，具有良好的应用价值和前景。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，具体为一种泡沫镍基原位介孔状催化氧化催化剂的制备方法。
背景技术
挥发性有机物VOCs（volatile organic compounds），是指常温下饱和蒸汽压大于70 Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下蒸汽压大于或者等于10 Pa具有相应挥发性的全部有机化合物。VOC最常见的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰酸酯（TDI）、二异氰甲苯酯等。
目前工业上VOCs净化技术主要有吸收法、吸附法、冷凝法、生化法、低温等离子体法、光催化氧化法和催化燃烧法等。催化燃烧法是目前应用最广泛的VOCs净化技术。指利用催化剂降低有机物氧化反应所需要的活化能，提高反应效率，将VOCs在较低温度下进行无焰燃烧，并最终转化为二氧化碳和水等无害物质。催化燃烧具有起燃温度低（200℃~450℃），停留时间短（~0.25S），催化转化效率高（一般>94%），污染小（生成CO2和H2O）。制备高性能的氧化催化剂是催化燃烧技术的关键。
目前催化燃烧传统催化剂载体大多为活性碳、分子筛等，活性碳存在吸附易饱和、二次固体废物处理等缺点，分子筛则还需提高与催化剂的附着力及减小风阻。本发明采用活化的泡沫镍为基体，通过水热法在其上原位生长催化剂，不仅有效降低了风阻，而且催化剂与泡沫镍基体附着力良好，具有催化效率高、寿命长、风阻小、加热快等优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高催化活性、长使用寿命、风阻小、升降温迅速的新型催化氧化催化剂。活化泡沫镍为载体，M/MO通过水热法以小岛状形式原位生长在泡沫镍上，提供有效的活性位点，制备了一种泡沫镍基原位介孔状催化氧化催化剂，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种泡沫镍基原位介孔状催化氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按摩尔比1:1称取NaOH和Na2CO3配制成0.1M的碱溶液，将泡沫镍浸渍里面30min以去表面油污，取出后用去离子水清洗3次，然后浸泡在另配制的5%HNO3溶液中酸化30min，取出后用去离子水清洗3次，烘干备用；
步骤二、称取一定量的金属前驱体盐溶液配制成0.1 M乙二醇溶液，将泡沫镍浸渍里面10S后取出置于350℃热板上烘干，再重复浸渍烘干步3~10次，最后将泡沫镍置于600℃下热处理2h；
步骤三、称取一定量的醋酸锌溶液，配制成0.5 M的水溶液，用氨水将溶液pH值调节到10~11，再加入一定量的无水乙醇充分搅拌，得反应液A；
步骤四、将步骤二制备的生长有先驱晶种的泡沫镍加入步骤三制备的反应液A中，两者在200℃的高压釜内水热反应12h后取出，用去离子水反复冲洗上面多余的离子和胺盐杂质，80℃烘箱中干燥后备用；
步骤五、称取一定量的贵金属盐配制成0.1M的水溶液，按贵金属/反应液A金属氧化物质量比0.01%~5%将贵金属盐加入到步骤四得到的泡沫镍上，通过光反应将贵金属沉积在金属氧化物上，最后将泡沫镍置于450℃，N2气氛下热处理4h，得到泡沫镍基岛状M/MO型催化氧化催化剂
优选的，步骤二中的金属前驱体盐为醋酸锌、醋酸铁、钛酸正丁酯中的一种或几种。
优选的，步骤三所得到的反应液A金属氧化物与泡沫镍理论质量比在10%~50%。
优选的，步骤五制得的催化剂用于催化氧化挥发性有机物气体，反应条件为220~400℃，将挥发性有机物氧化分解为CO2和H2O。
优选的，挥发性有机物包括乙醇、乙酸乙酯、甲苯、乙酸丁酯、二甲苯、苯乙烯中一种或几种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）在低起燃温度（300℃）下对酯类及苯类有机物具有较高的催化氧化能力（>95%）。
（2）本发明方法采用水热法将金属氧化物生长在活化后的泡沫镍上，附着力良好，使用寿命长。金属氧化物呈小岛状分布，比表面积大，有利于对反应物分子的吸附进而分解。
（3）泡沫镍为多孔状结构，用作催化剂载体时风阻小。且镍为金属，采用电磁加热时能够均匀地快速升降温，使反应迅速、均匀，能耗低。
综上，本发明制备得到的催化剂用来将VOCs氧化为CO2和H2O，具有高催化转化效率、低起燃温度、高稳定性、风阻小等优点，具有良好的应用价值和前景。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种泡沫镍基原位介孔状催化氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按摩尔比1:1称取NaOH和Na2CO3配制成0.1M的碱溶液，将泡沫镍浸渍里面30min以去表面油污，取出后用去离子水清洗3次，然后浸泡在另配制的5%HNO3溶液中酸化30min，取出后用去离子水清洗3次，烘干备用；
步骤二、称取一定量的金属前驱体盐溶液配制成0.1 M乙二醇溶液，将泡沫镍浸渍里面10S后取出置于350℃热板上烘干，再重复浸渍烘干步3~10次，最后将泡沫镍置于600℃下热处理2h，其中的金属前驱体盐为醋酸锌、醋酸铁、钛酸正丁酯中的一种或几种；
步骤三、称取一定量的醋酸锌溶液，配制成0.5 M的水溶液，用氨水将溶液pH值调节到10~11，再加入一定量的无水乙醇充分搅拌，得反应液A，反应液A金属氧化物与泡沫镍理论质量比在10%~50%；
步骤四、将步骤二制备的生长有先驱晶种的泡沫镍加入步骤三制备的反应液A中，两者在200℃的高压釜内水热反应12h后取出，用去离子水反复冲洗上面多余的离子和胺盐杂质，80℃烘箱中干燥后备用；
步骤五、称取一定量的贵金属盐配制成0.1M的水溶液，按贵金属/反应液A金属氧化物质量比0.01%~5%将贵金属盐加入到步骤四得到的泡沫镍上，通过光反应将贵金属沉积在金属氧化物上，最后将泡沫镍置于450℃，N2气氛下热处理4h，得到泡沫镍基岛状M/MO型催化氧化催化剂
制得的催化剂用于催化氧化挥发性有机物气体，反应条件为220~400℃，将挥发性有机物氧化分解为CO2和H2O。所针对的挥发性有机物包括乙醇、乙酸乙酯、甲苯、乙酸丁酯、二甲苯、苯乙烯中一种或几种。
所制得的催化剂在低起燃温度（300℃）下对酯类及苯类有机物具有较高的催化氧化能力（>95%）。本发明的制备方法中采用水热法将金属氧化物生长在活化后的泡沫镍上，附着力良好，使用寿命长。金属氧化物呈小岛状分布，比表面积大，有利于对反应物分子的吸附进而分解。
泡沫镍为多孔状结构，用作催化剂载体时风阻小。且镍为金属，采用电磁加热时能够均匀地快速升降温，使反应迅速、均匀，能耗低。
综上，本发明制备得到的催化剂用来将VOCs氧化为CO2和H2O，具有高催化转化效率、低起燃温度、高稳定性、风阻小等优点，具有良好的应用价值和前景。
实施例1
（1）称取0.80 g NaOH和2.12 g Na2CO3加入200 mL水中配制成0.1M 碱溶液，将3 g泡沫镍
浸渍里面30 min，取出后用去离子水清洗3次。然后浸泡在另配制的5% HNO3溶液中酸化30 min，取出后用去离子水清洗3次，烘干备用。
（2）称取2.19 g Zn(CH3COO)2溶解于100 mL乙二醇中，将泡沫镍浸渍里面10s后取出置于350℃热板上烘干，再重复浸渍烘干步3~10次，最后将泡沫镍置于600℃下热处理2h。
（3）称取2.19 g Zn(CH3COO)2溶解于50 mL水中，搅拌溶解，并用氨水调节pH至10.8，加入20 mL无水乙醇继续搅拌充分，得反应液A。
（4）将处理过的3 g泡沫镍加入到反应液A中，两者转入100mL水热反应釜中于200℃条件下水热反应12 h。取出用去离子水洗涤3次后，置于烘箱中80℃干燥。
（5）称取0.25 g AgNO3溶解于50 mL水中，搅拌均匀。将上述泡沫镍加入后使用高压汞灯照射1 h，取出后用去离子水洗涤3次，烘干。最后在管式炉中于450℃，N2氛下热处理4 h即得目标催化剂。
本发明制备方法中，金属氧化物与泡沫镍载体质量比为10~50%，贵金属负载量0.01%~5%，水热220℃反应12 h。最后80℃烘箱中干燥后置于管式炉中，于450℃及氮气气氛下焙烧4 h制得目标催化剂。
尽管上述实例对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的。如金属氧化物可为Co、Ni、Mn、Fe、Ti等金属的氧化物，贵金属元素可为Pt、Pd、Au、Ru、Ag等。本领域的普通技术人员在本发明的启示下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种泡沫镍基原位介孔状催化氧化催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、按摩尔比1:1称取NaOH和Na2CO3配制成0.1M的碱溶液，将泡沫镍浸渍里面30min以去表面油污，取出后用去离子水清洗3次，然后浸泡在另配制的5％HNO3溶液中酸化30min，取出后用去离子水清洗3次，烘干备用；
步骤二、称取一定量的金属前驱体盐溶液配制成0.1M乙二醇溶液，将泡沫镍浸渍里面10S后取出置于350℃热板上烘干，再重复浸渍烘干步3～10次，最后将泡沫镍置于600℃下热处理2h；
步骤三、称取一定量的醋酸锌溶液，配制成0.5M的水溶液，用氨水将溶液pH值调节到10～11，再加入一定量的无水乙醇充分搅拌，得反应液A；
步骤四、将步骤二制备的生长有先驱晶种的泡沫镍加入步骤三制备的反应液A中，两者在200℃的高压釜内水热反应12h后取出，用去离子水反复冲洗上面多余的离子和胺盐杂质，80℃烘箱中干燥后备用；
步骤五、称取一定量的贵金属盐配制成0.1M的水溶液，按贵金属/反应液A金属氧化物质量比0.01％～5％将贵金属盐加入到步骤四得到的泡沫镍上，通过光反应将贵金属沉积在金属氧化物上，最后将泡沫镍置于450℃，N2气氛下热处理4h，得到泡沫镍基岛状M/MO型催化氧化催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫镍基原位介孔状催化氧化催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤二中的金属前驱体盐为醋酸锌、醋酸铁、钛酸正丁酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种泡沫镍基原位介孔状催化氧化催化剂的制备方法，其特征在于：反应液A金属氧化物与泡沫镍理论质量比在10％～50％。
4.根据权利要求1所述的一种泡沫镍基原位介孔状催化氧化催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤五制得的催化剂用于催化氧化挥发性有机物气体，反应条件为220～400℃，将挥发性有机物氧化分解为CO2和H2O。
5.根据权利要求4所述的一种泡沫镍基原位介孔状催化氧化催化剂的制备方法，其特征在于：所述挥发性有机物包括乙醇、乙酸乙酯、甲苯、乙酸丁酯、二甲苯、苯乙烯中一种或几种。
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