CN108236946A - 一种硅藻土复合催化剂及环保用途 - Google Patents

一种硅藻土复合催化剂及环保用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅藻土复合催化剂及环保用途，制备方法包括：将硅藻土粉在搅拌状态下缓慢加入到装有98%浓硫酸中，温度维持在10℃以下，再缓慢加入硝酸钠和高锰酸钾的混合物，10℃以下低温反应；再在30‑40℃恒温水浴中保温搅拌的条件下缓慢加入温水，使温度上升到98℃，再倒入30%的双氧水，趁热过滤；最后用稀盐酸洗涤滤饼，直至无硫酸根离子，再在真空中干燥，即可制得氧化硅藻土。本发明提供的硅藻土复合催化剂对挥发性有机物具有催化降解的作用。

Description

一种硅藻土复合催化剂及环保用途
技术领域
本发明属于催化剂领域，涉及一种硅藻土复合催化剂及环保用途。
背景技术
硅藻土是一种硅质岩石，主要分布在中国、美国、日本、丹麦、法国、罗马尼亚等国。是一种生物成因的硅质沉积岩，它主要由古代硅藻的遗骸所组成。其化学成分以SiO2为主，可用SiO2·nH2O表示，矿物成分为蛋白石及其变种。我国硅藻土储量3.2亿吨，远景储量达20多亿吨，主要集中在华东及东北地区，其中规模较大，储量较多的有吉林、浙江、云南、山东、四川等省，分布虽广，但优质土仅集中于吉林长白山地区，其他矿床大多数为3~4级土，由于杂质含量高，不能直接深加工利用。
挥发性有机化合物（VOCs）是主要的大气污染物之一，特别是油漆、喷涂等行业产生的三苯系（苯、甲苯及二甲苯）废气，具有排放气量大、组分复杂、浓度低等特点，会造成严重的雾霾，破坏生态环境，并可致癌和致突变，危害人体健康。因此，治理VOCs废气是今后一个十分重要与紧迫的问题。
VOCs处理技术主要有吸附法、吸收法、等离子体法、催化燃烧法等。由于催化燃烧法具有起燃温度低、应用范围广和无二次污染等优势，成为治理VOCs废气污染的最有效方法之一。催化燃烧法的技术核心是研制低温高活性与高温热稳定性好的催化剂，其中，活性组分与载体的选择制备是关键。贵金属钯和铂具有较高的催化活性，但昂贵的价格制约了其规模化应用。一些过渡金属氧化物的制备成本低（Yang，2014），如负载型MnOx/γ-Al2O3和CuMnOx/γ-Al2O3复合氧化物催化剂，对VOCs具有一定的催化活性，具有较大的应用潜力。研究表明，以Mn-Cu复合氧化物作为活性组分，负载在Al2O3上制成催化剂，对VOCs的降解率可达99%，反应温度比非负载型催化剂降低30~40℃，完全燃烧温度为250℃，表现出较高的催化活性。TiO2与过渡金属氧化物复合催化剂能提高对苯的降解活性，降低起燃温度和完全燃烧温度，而且具有较好的热稳定性。与Al2O3等载体相比，硅藻土具有优良的载流子迁移率、极高的比表面积和良好的透明性，作为载体将有利于氧化物活性相的均匀分散，有望获得高性能与高活性的催化剂。
金属负载硅藻土复合催化剂及对挥发性有机物的催化降解具有重要应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种硅藻土复合催化剂及环保用途。
上述目的是通过如下技术方案实现的：
一种硅藻土复合催化剂，制备方法包括如下步骤：
步骤A：将硅藻土粉在搅拌状态下缓慢加入到装有98%浓硫酸中，温度维持在10℃以下，再缓慢加入硝酸钠和高锰酸钾的混合物，10℃以下低温反应；再在30-40℃恒温水浴中保温搅拌的条件下缓慢加入温水，使温度上升到98℃，再倒入30%的双氧水，趁热过滤；最后用稀盐酸洗涤滤饼，直至无硫酸根离子，再在真空中干燥，即可制得氧化硅藻土；
步骤B：取上述制成的氧化硅藻土，加入去离子水超声搅拌均匀，在搅拌的条件下加入钛酸丁酯、乙醇、乙酸；混合物在60-70℃下加热3-6h后分离得到沉淀，将沉淀物加入到氢氧化钠溶液中，150-200℃条件下循环加热，加入稀盐酸中和，再用去离子水洗净烘干；
步骤C：取步骤B所得样品、高锰酸钾、硝酸锰和硝酸锌混合形成固体混合物，超声振荡，加入蒸馏水并搅拌使固体混合物完全溶解于蒸馏水中形成溶液，然后将溶液转移到不锈钢反应釜中150-200℃加热，过滤洗涤后在干燥，最后煅烧即得硅藻土复合催化剂。
进一步地，步骤A硝酸钠和高锰酸钾质量分别为硅藻土粉的10-20%、5-15%。
进一步地，步骤B中100g氧化硅藻土对应添加钛酸丁酯12-16mL钛酸丁酯、160-220mL乙醇和45-65mL乙酸。
进一步地，步骤C中，100g步骤B所得样品对应添加高锰酸钾6-10g。
进一步地，步骤C中，100g步骤B所得样品对应添加硝酸锰7-9g。
进一步地，步骤C中，100g步骤B所得样品对应添加硝酸锌3-7g。
上述硅藻土复合催化剂在催化降解挥发性有机物方面的应用。
本发明的有益效果：
本发明提供的硅藻土复合催化剂对挥发性有机物具有催化降解的作用。
具体实施方式
下面拟通过具体实施例具体介绍本发明创造的技术方案。
实施例1：
一种硅藻土复合催化剂，制备方法包括如下步骤：
步骤A：将硅藻土粉在搅拌状态下缓慢加入到装有98%浓硫酸中，温度维持在10℃以下，再缓慢加入硝酸钠和高锰酸钾的混合物，10℃以下低温反应；再在35℃恒温水浴中保温搅拌的条件下缓慢加入温水，使温度上升到98℃，再倒入30%的双氧水，趁热过滤；最后用稀盐酸洗涤滤饼，直至无硫酸根离子，再在真空中干燥，即可制得氧化硅藻土；
步骤B：取上述制成的氧化硅藻土，加入去离子水超声搅拌均匀，在搅拌的条件下加入钛酸丁酯、乙醇、乙酸；混合物在65℃下加热4.5h后分离得到沉淀，将沉淀物加入到氢氧化钠溶液中，180℃条件下循环加热，加入稀盐酸中和，再用去离子水洗净烘干；
步骤C：取步骤B所得样品、高锰酸钾、硝酸锰和硝酸锌混合形成固体混合物，超声振荡，加入蒸馏水并搅拌使固体混合物完全溶解于蒸馏水中形成溶液，然后将溶液转移到不锈钢反应釜中180℃加热，过滤洗涤后在干燥，最后煅烧即得硅藻土复合催化剂。
其中，步骤A硝酸钠和高锰酸钾质量分别为硅藻土粉的15%、10%。
其中，步骤B中100g氧化硅藻土对应添加钛酸丁酯14mL钛酸丁酯、190mL乙醇和55mL乙酸。
其中，步骤C中，100g步骤B所得样品对应添加高锰酸钾8g。
其中，步骤C中，100g步骤B所得样品对应添加硝酸锰8g。
其中，步骤C中，100g步骤B所得样品对应添加硝酸锌5g。
实施例2：
一种硅藻土复合催化剂，制备方法包括如下步骤：
步骤A：将硅藻土粉在搅拌状态下缓慢加入到装有98%浓硫酸中，温度维持在10℃以下，再缓慢加入硝酸钠和高锰酸钾的混合物，10℃以下低温反应；再在30℃恒温水浴中保温搅拌的条件下缓慢加入温水，使温度上升到98℃，再倒入30%的双氧水，趁热过滤；最后用稀盐酸洗涤滤饼，直至无硫酸根离子，再在真空中干燥，即可制得氧化硅藻土；
步骤B：取上述制成的氧化硅藻土，加入去离子水超声搅拌均匀，在搅拌的条件下加入钛酸丁酯、乙醇、乙酸；混合物在60℃下加热6h后分离得到沉淀，将沉淀物加入到氢氧化钠溶液中，150℃条件下循环加热，加入稀盐酸中和，再用去离子水洗净烘干；
步骤C：取步骤B所得样品、高锰酸钾、硝酸锰和硝酸锌混合形成固体混合物，超声振荡，加入蒸馏水并搅拌使固体混合物完全溶解于蒸馏水中形成溶液，然后将溶液转移到不锈钢反应釜中150℃加热，过滤洗涤后在干燥，最后煅烧即得硅藻土复合催化剂。
其中，步骤A硝酸钠和高锰酸钾质量分别为硅藻土粉的10%、5%。
其中，步骤B中100g氧化硅藻土对应添加钛酸丁酯12mL钛酸丁酯、160mL乙醇和45mL乙酸。
其中，步骤C中，100g步骤B所得样品对应添加高锰酸钾6g。
其中，步骤C中，100g步骤B所得样品对应添加硝酸锰7g。
其中，步骤C中，100g步骤B所得样品对应添加硝酸锌3g。
实施例3：
一种硅藻土复合催化剂，制备方法包括如下步骤：
步骤A：将硅藻土粉在搅拌状态下缓慢加入到装有98%浓硫酸中，温度维持在10℃以下，再缓慢加入硝酸钠和高锰酸钾的混合物，10℃以下低温反应；再在40℃恒温水浴中保温搅拌的条件下缓慢加入温水，使温度上升到98℃，再倒入30%的双氧水，趁热过滤；最后用稀盐酸洗涤滤饼，直至无硫酸根离子，再在真空中干燥，即可制得氧化硅藻土；
步骤B：取上述制成的氧化硅藻土，加入去离子水超声搅拌均匀，在搅拌的条件下加入钛酸丁酯、乙醇、乙酸；混合物在70℃下加热3h后分离得到沉淀，将沉淀物加入到氢氧化钠溶液中，200℃条件下循环加热，加入稀盐酸中和，再用去离子水洗净烘干；
步骤C：取步骤B所得样品、高锰酸钾、硝酸锰和硝酸锌混合形成固体混合物，超声振荡，加入蒸馏水并搅拌使固体混合物完全溶解于蒸馏水中形成溶液，然后将溶液转移到不锈钢反应釜中200℃加热，过滤洗涤后在干燥，最后煅烧即得硅藻土复合催化剂。
其中，步骤A硝酸钠和高锰酸钾质量分别为硅藻土粉的20%、15%。
其中，步骤B中100g氧化硅藻土对应添加钛酸丁酯16mL钛酸丁酯、220mL乙醇和65mL乙酸。
其中，步骤C中，100g步骤B所得样品对应添加高锰酸钾10g。
其中，步骤C中，100g步骤B所得样品对应添加硝酸锰9g。
其中，步骤C中，100g步骤B所得样品对应添加硝酸锌7g。
实施例1-3制备的硅藻土复合催化剂可以催化降解挥发性有机物。
上述具体实施例的作用在于说明本发明创造的实质性内容，但并不以此限定本发明创造的保护范围。对本发明创造的技术方案进行简单修改或等同替换，并不会脱离本发明创造技术方案的实质，因而必然落入本发明创造的保护范围。

Claims (5)

1.一种硅藻土复合催化剂，其特征在于，制备方法包括如下步骤：
步骤A：将硅藻土粉在搅拌状态下缓慢加入到装有98%浓硫酸中，温度维持在10℃以下，再缓慢加入硝酸钠和高锰酸钾的混合物，10℃以下低温反应；再在30-40℃恒温水浴中保温搅拌的条件下缓慢加入温水，使温度上升到98℃，再倒入30%的双氧水，趁热过滤；最后用稀盐酸洗涤滤饼，直至无硫酸根离子，再在真空中干燥，即可制得氧化硅藻土；
步骤B：取上述制成的氧化硅藻土，加入去离子水超声搅拌均匀，在搅拌的条件下加入钛酸丁酯、乙醇、乙酸；混合物在60-70℃下加热3-6h后分离得到沉淀，将沉淀物加入到氢氧化钠溶液中，150-200℃条件下循环加热，加入稀盐酸中和，再用去离子水洗净烘干；
步骤C：取步骤B所得样品、高锰酸钾、硝酸锰和硝酸锌混合形成固体混合物，超声振荡，加入蒸馏水并搅拌使固体混合物完全溶解于蒸馏水中形成溶液，然后将溶液转移到不锈钢反应釜中150-200℃加热，过滤洗涤后在干燥，最后煅烧即得硅藻土复合催化剂。
2.根据权利要求1所述的硅藻土复合催化剂，其特征在于：步骤A硝酸钠和高锰酸钾质量分别为硅藻土粉的10-20%、5-15%。
3.根据权利要求1所述的硅藻土复合催化剂，其特征在于：步骤B中100g氧化硅藻土对应添加钛酸丁酯12-16mL钛酸丁酯、160-220mL乙醇和45-65mL乙酸。
4.根据权利要求1所述的硅藻土复合催化剂，其特征在于：步骤C中，100g步骤B所得样品对应添加高锰酸钾6-10g、硝酸锰7-9g、硝酸锌3-7g。
5.权利要求1-4任一硅藻土复合催化剂在催化降解挥发性有机物方面的应用。
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