CN109364928B - 具有相变蓄热功能的负载型催化剂及其制备方法与应用 - Google Patents
具有相变蓄热功能的负载型催化剂及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109364928B CN109364928B CN201811041779.6A CN201811041779A CN109364928B CN 109364928 B CN109364928 B CN 109364928B CN 201811041779 A CN201811041779 A CN 201811041779A CN 109364928 B CN109364928 B CN 109364928B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat storage
- phase
- change heat
- supported catalyst
- solution
- 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.)
- Active
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 60
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 52
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 31
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 28
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 19
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 claims description 18
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 14
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 230000000536 complexating effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000009837 dry grinding Methods 0.000 claims description 8
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 7
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 claims description 7
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 7
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 5
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 5
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N bismuth(III) oxide Inorganic materials O=[Bi]O[Bi]=O WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 2
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N nitrate group Chemical group [N+](=O)([O-])[O-] NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011833 salt mixture Substances 0.000 claims description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 18
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 14
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 14
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L manganese oxide Inorganic materials [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 229910018125 Al-Si Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018182 Al—Cu Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018520 Al—Si Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 2
- 229910016516 CuFe2O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910016526 CuMn2O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005802 NiMn2O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005798 NiMnO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 210000002249 digestive system Anatomy 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 1
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 description 1
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
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
- B01J23/83—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 rare earths or actinides
-
- 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
- B01J23/835—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 germanium, tin or lead
-
- 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
-
- B01J35/615—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
- C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
- C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
- C09K5/063—Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种具有相变蓄热功能的负载型催化剂及其制备方法与应用；该催化剂包括由复合式相变蓄热陶瓷载体及催化活性组分构成；其中复合式相变蓄热陶瓷载体包括由金属相变材料和陶瓷基体构成，所述金属相变材料为Al、Si、Cu、Sn、Ag一种或两种金属粉末，所述陶瓷基体为Al2O3、MgO、ZrO2中的一种非金属氧化物，所述催化活性组分为Ce、Ni、Co、Mn、Fe、Cu等过渡金属的复合氧化物。本发明还涉及前述催化剂的制备方法，该制备方法具有工艺简单、易于规模化工业生产的特点；同时，本发明的催化剂蓄热密度高、导热性好、比表面积大，用于有机废气的催化燃烧处治时，可以有效回收反应过程中的热量，提高有机物的去除效率的同时，减少该工艺技术的能源消耗。
Description
技术领域
本发明属于环境催化领域，具体涉及一种具有相变蓄热功能的负载型催化剂及其制备方法与应用。
背景技术
挥发性有机物(VOCs)目前已成为我国大气环境中继二氧化硫、氮氧化物之后的第三大类污染物，该类物质广泛来源于工业生产与居民消费。科学研究表明，VOCs不但能够直接破坏人体的呼吸、消化系统，还是PM2.5、臭氧等污染物的主要前体物，能够引发深层次的环境问题。
目前VOCs的常见处理技术包括活性炭吸附、生物处理、氧化燃烧、等离子体、光催化等，其中氧化燃烧技术由于具有VOCs处理效率高、氧化彻底、使用安全等特点，特别适合石油化工、有机化工、医药制造等高浓度有机废气的处治。但是，该技术由于在运行过程中需要保持充分的高温反应条件，因而需要消耗较多的能源供给。为此，工程技术人员设计了一种用于VOCs处理的蓄热催化反应器（RCO），一方面利用催化剂降低VOCs氧化所需要的温度，一方面利用2-3个陶瓷蓄热体对VOCs燃烧后的热量进行回收，再通过进气阀与排气阀的切换，使已蓄热的陶瓷体对废气进行预热，进一步达到降低系统能耗的目的。但是，这种传统的蓄热催化反应器在实际应用中，同样暴露出了一定的不足，具体表现为：（1）现有的蓄热体与催化剂为相互独立的单元，同时加装于设备时导致设备占地面积大、初期投资成本高；（2）现有的蓄热材料蓄热密度低，难以充分回收燃烧过程中产生的热量；（3）催化材料对蓄热体回收的热能利用率低，需要通过燃料补充热量，增加了运行成本。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种蓄热密度高、导热性好、比表面积大的一体式具有相变蓄热功能的负载型催化剂及其制备方法，有效回收反应过程中的热量，提高有机物的去除效率的同时，减少该工艺技术的能源消耗。
本发明采用的技术方案为：一种具有相变蓄热功能的负载型催化剂，其技术要点是,由复合式相变蓄热陶瓷载体及催化活性组分构成；所述的复合式相变蓄热陶瓷载体由金属相变材料和陶瓷基体构成，所述金属相变材料为Al、Si、Cu、Sn和Ag中的一种或两种，所述陶瓷基体为Al2O3、MgO或ZrO2，所述催化活性组分为Ce、Ni、Co、Mn、Fe、Cu等过渡金属的复合氧化物。
上述方案中,所述的复合式相变蓄热陶瓷载体中金属相变材料和陶瓷基体的质量比为（1-9）:1。
上述方案中,其比表面积为228-378 m2/g，蓄热密度为127-236J/g。
一种如权利要求1所述的具有相变蓄热功能的负载型催化剂的制备方法，其制备步骤如下：
（1）混料：将金属粉末与陶瓷基体按（1-9）:1的质量比进行混合，并放入球磨机中干磨30min；再向研磨后的混合物中加入助剂和粘结剂，助剂与粉末混合物的质量比控制在1：（10-20）之间，粘结剂与粉末混合物的质量比控制在1:（20-50）之间，同时保持物料在球磨机中继续研磨30min，获得复合粉料；
（2）成型：将研磨后的复合粉料挤压成型，形成块体,挤压时的压力在4-20MPa,压力维持时间在5-25min；
（3）干燥：将块体以5℃/min的速度升温至110℃，保温3小时去除水分，获得烘干块体；
（4）烧结：将烘干块体放入马弗炉中在600-1000℃烧结180min，随炉冷却至室温，形成复合式相变蓄热陶瓷载体材料；
（5）配液：将Ce、Ni、Co、Mn、Fe或Cu的无机盐中两种溶于水中，制成金属离子浓度为0.2-1 mol/L的混合溶液；所述的无机盐为硝酸盐或醋酸盐；向混合溶液中加入柠檬酸用于促进金属离子络合，制成络合溶液，柠檬酸在络合溶液中的浓度为0.05mol/L；
（6）浸渍：将复合式相变蓄热陶瓷载体浸没于络合溶液中，同时搅拌上层络合溶液，保持不少于30min，使络合溶液中的无机盐混合物负载到复合式相变蓄热陶瓷载体上，在络合溶液中形成负载型催化剂的前驱体;
（7）焙烧：将负载型催化剂的前驱体在400-800℃焙烧120min，随炉冷却至室温，形成具有相变蓄热功能的负载型催化剂。
上述方案中，所述助剂为Bi2O3，用于防止金属相变材料液化后渗出；
上述方案中，所述粘结剂为质量分数5%的聚乙烯醇溶液，用于提高金属相变材料和陶瓷基体的结合程度；
上述方案中，所述用途为：将所述催化剂用于有机废气的催化燃烧。
本发明的有益效果是：制备的具有相变蓄热功能的负载型催化剂，以金属-陶瓷型复合式相变蓄热材料为载体，负载了过渡金属复合氧化物催化剂活性组分。蓄热体与催化剂采用一体化合成，有效减小了催化燃烧设备的体积；充分利用材料相变过程中蓄热能力强的特点，有效回收催化反应过程中的热量，并迅速传递给催化剂活性组分，提高了催化燃烧技术的能源利用效率，减少了该技术的运行成本。
具体实施方式
下面通过实施例对一种具有相变蓄热功能的负载型催化剂及其制备方法与应用，作进一步说明，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
将金属Al粉末与陶瓷基体Al2O3按5：5的质量比进行混合，并放入球磨机中干磨30min；再向研磨后的混合物中加入一定量的Bi2O3助剂和5%的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，助剂与粉末混合物的质量比控制在1：10，粘结剂与粉末混合物的质量比控制在1:20，同时保持物料在球磨机中继续研磨30min；将研磨后的物料送入模具中，通过压滤机施加外力，将颗粒状粉料挤压成型，其中外界施加的压力在4MPa,压力维持时间在15min;将成型后的复合材料放入干燥室中烘干，去除粉料中的水分。为避免材料受热不均而造成破损，干燥工艺需要以5℃/min升温至110℃，并保持3小时；将干燥后的材料，放入马弗炉中高温烧结，烧结温度设置在850℃，烧结时间保持180min，烧结完毕后，将材料冷却至室温，形成烧结后的固相材料；以5：5的摩尔比选取Ce（NO3）2与Ni（NO3）2，将其溶解于去离子水中，高速搅拌形成金属离子浓度为0.2 mol/L的溶液，并向其中加入0.05mol/L柠檬酸，促进金属离子络合；将前述步骤中制得的固相材料浸没于上述溶液中，同时搅拌上层溶液，保持浸渍时间30min；之后，将浸满溶液的固相材料放入马弗炉中二次加热焙烧，焙烧温度设置在700℃，并保持120min，焙烧完毕后，将材料冷却至室温，形成最终得到具有相变蓄热功能的负载型催化剂；
所得催化剂中Al为金属相变材料，Al2O3为陶瓷基体，NiO、NiCeO3与CeO2为催化活性组分，该催化剂比表面积为304m2/g，蓄热密度为189J/g，完全降解VOCs的最低温度为440℃。
实施例2
将金属Cu粉末与陶瓷基体MgO按7：3的质量比进行混合，并放入球磨机中干磨30min；再向研磨后的混合物中加入一定量的Bi2O3助剂和5%的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，助剂与粉末混合物的质量比控制在1：15，粘结剂与粉末混合物的质量比控制在1:30，同时保持物料在球磨机中继续研磨30min；将研磨后的物料送入模具中，通过压滤机施加外力，将颗粒状粉料挤压成型，其中外界施加的压力在10MPa,压力维持时间在5min;将成型后的复合材料放入干燥室中烘干，去除粉料中的水分。为避免材料受热不均而造成破损，干燥工艺需要以5℃/min升温至110℃，并保持3小时；将干燥后的材料，放入马弗炉中高温烧结，烧结温度设置在1000℃，烧结时间保持180min，烧结完毕后，将材料冷却至室温，形成烧结后的固相材料；以2：8的摩尔比选取Co（NO3）2与Mn（NO3）2，将其溶解于去离子水中，高速搅拌形成金属离子浓度为0.5 mol/L的溶液，并向其中加入0.05mol/L柠檬酸，促进金属离子络合；将前述步骤中制得的固相材料浸没于上述溶液中，同时搅拌上层溶液，保持浸渍时间40min；之后，将浸满溶液的固相材料放入马弗炉中二次加热焙烧，焙烧温度设置在500℃，并保持120min，焙烧完毕后，将材料冷却至室温，形成最终得到具有相变蓄热功能的负载型催化剂；
所得催化剂中Cu为金属相变材料，MgO为陶瓷基体，CoMnO3与Mn3O4为催化活性组分，该催化剂比表面积为263 m2/g，蓄热密度为136J/g，完全降解VOCs的最低温度为468℃。
实施例3
将金属Sn粉末与陶瓷基体ZrO2按9：1的质量比进行混合，并放入球磨机中干磨30min；再向研磨后的混合物中加入一定量的Bi2O3助剂和5%的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，助剂与粉末混合物的质量比控制在1：18，粘结剂与粉末混合物的质量比控制在1:40，同时保持物料在球磨机中继续研磨30min；将研磨后的物料送入模具中，通过压滤机施加外力，将颗粒状粉料挤压成型，其中外界施加的压力在20MPa,压力维持时间在20min;将成型后的复合材料放入干燥室中烘干，去除粉料中的水分。为避免材料受热不均而造成破损，干燥工艺需要以5℃/min升温至110℃，并保持3小时；将干燥后的材料，放入马弗炉中高温烧结，烧结温度设置在600℃，烧结时间保持180min，烧结完毕后，将材料冷却至室温，形成烧结后的固相材料；以7：3的摩尔比选取Fe（Ac）2与Mn（Ac）2，将其溶解于去离子水中，高速搅拌形成金属离子浓度为0.5 mol/L的溶液，并向其中加入0.05mol/L柠檬酸，促进金属离子络合；将前述步骤中制得的固相材料浸没于上述溶液中，同时搅拌上层溶液，保持浸渍时间40min；之后，将浸满溶液的固相材料放入马弗炉中二次加热焙烧，焙烧温度设置在400℃，并保持120min，焙烧完毕后，将材料冷却至室温，形成最终得到具有相变蓄热功能的负载型催化剂；
所得催化剂中Sn为金属相变材料，ZrO2为陶瓷基体，CuFe2O4与Fe2O3为催化活性组分，该催化剂比表面积为327 m2/g，蓄热密度为127J/g，完全降解VOCs的最低温度为512℃。
实施例4
将金属Ag粉末与陶瓷基体Al2O3按8：2的质量比进行混合，并放入球磨机中干磨30min；再向研磨后的混合物中加入一定量的Bi2O3助剂和5%的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，助剂与粉末混合物的质量比控制在1：20，粘结剂与粉末混合物的质量比控制在1:50，同时保持物料在球磨机中继续研磨30min；将研磨后的物料送入模具中，通过压滤机施加外力，将颗粒状粉料挤压成型，其中外界施加的压力在20MPa,压力维持时间在25min;将成型后的复合材料放入干燥室中烘干，去除粉料中的水分。为避免材料受热不均而造成破损，干燥工艺需要以5℃/min升温至110℃，并保持3小时；将干燥后的材料，放入马弗炉中高温烧结，烧结温度设置在900℃，烧结时间保持180min，烧结完毕后，将材料冷却至室温，形成烧结后的固相材料；以1：9的摩尔比选取Ni（Ac）2与Mn（Ac）2，将其溶解于去离子水中，高速搅拌形成金属离子浓度为0.5 mol/L的溶液，并向其中加入0.05mol/L柠檬酸，促进金属离子络合；将前述步骤中制得的固相材料浸没于上述溶液中，同时搅拌上层溶液，保持浸渍时间35min；之后，将浸满溶液的固相材料放入马弗炉中二次加热焙烧，焙烧温度设置在800℃，并保持120min，焙烧完毕后，将材料冷却至室温，形成最终得到具有相变蓄热功能的负载型催化剂；
所得催化剂中Ag为金属相变材料，Al2O3为陶瓷基体，NiMnO3与Mn3O4为催化活性组分，该催化剂比表面积为378m2/g，蓄热密度为223J/g，完全降解VOCs的最低温度为390℃。
实施例5
将金属Al-Si粉末与陶瓷基体MgO按6：4的质量比进行混合，并放入球磨机中干磨30min；再向研磨后的混合物中加入一定量的Bi2O3助剂和5%的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，助剂与粉末混合物的质量比控制在1：15，粘结剂与粉末混合物的质量比控制在1:30，同时保持物料在球磨机中继续研磨30min；将研磨后的物料送入模具中，通过压滤机施加外力，将颗粒状粉料挤压成型，其中外界施加的压力在20MPa,压力维持时间在20min;将成型后的复合材料放入干燥室中烘干，去除粉料中的水分。为避免材料受热不均而造成破损，干燥工艺需要以5℃/min升温至110℃，并保持3小时；将干燥后的材料，放入马弗炉中高温烧结，烧结温度设置在1000℃，烧结时间保持180min，烧结完毕后，将材料冷却至室温，形成烧结后的固相材料；以4：6的摩尔比选取Cu（Ac）2与Mn（Ac）2，将其溶解于去离子水中，高速搅拌形成金属离子浓度为0.5 mol/L的溶液，并向其中加入0.05mol/L柠檬酸，促进金属离子络合；将前述步骤中制得的固相材料浸没于上述溶液中，同时搅拌上层溶液，保持浸渍时间35min；之后，将浸满溶液的固相材料放入马弗炉中二次加热焙烧，焙烧温度设置在600℃，并保持120min，焙烧完毕后，将材料冷却至室温，形成最终得到具有相变蓄热功能的负载型催化剂；
所得催化剂中Al-Si为金属相变材料，MgO为陶瓷基体，CuMn2O4与Mn3O4为催化活性组分，该催化剂比表面积为253 m2/g，蓄热密度为236J/g，完全降解VOCs的最低温度为431℃。
实施例6
将金属Al-Cu粉末与陶瓷基体MgO按7：3的质量比进行混合，并放入球磨机中干磨30min；再向研磨后的混合物中加入一定量的Bi2O3助剂和5%的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，助剂与粉末混合物的质量比控制在1：15，粘结剂与粉末混合物的质量比控制在1:30，同时保持物料在球磨机中继续研磨30min；将研磨后的物料送入模具中，通过压滤机施加外力，将颗粒状粉料挤压成型，其中外界施加的压力在20MPa,压力维持时间在20min;将成型后的复合材料放入干燥室中烘干，去除粉料中的水分。为避免材料受热不均而造成破损，干燥工艺需要以5℃/min升温至110℃，并保持3小时；将干燥后的材料，放入马弗炉中高温烧结，烧结温度设置在980℃，烧结时间保持180min，烧结完毕后，将材料冷却至室温，形成烧结后的固相材料；以2：8的摩尔比选取Ni（Ac）2与Mn（Ac）2，将其溶解于去离子水中，高速搅拌形成金属离子浓度为1 mol/L的溶液，并向其中加入0.05mol/L柠檬酸，促进金属离子络合；将前述步骤中制得的固相材料浸没于上述溶液中，同时搅拌上层溶液，保持浸渍时间35min；之后，将浸满溶液的固相材料放入马弗炉中二次加热焙烧，焙烧温度设置在700℃，并保持120min，焙烧完毕后，将材料冷却至室温，形成最终得到具有相变蓄热功能的负载型催化剂；
所得催化剂中Al-Cu为金属相变材料，MgO为陶瓷基体，NiMn2O4与Mn3O4为催化活性组分，该催化剂比表面积为228 m2/g，蓄热密度为207J/g，完全降解VOCs的最低温度为523℃。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种具有相变蓄热功能的负载型催化剂的制备方法，其特征在于，采用具有相变蓄热功能的负载型催化剂实现，该负载型催化剂由复合式相变蓄热陶瓷载体及催化活性组分构成；所述的复合式相变蓄热陶瓷载体由金属相变材料和陶瓷基体构成，所述金属相变材料为Al、Si、Cu、Sn和Ag中的一种或两种，所述陶瓷基体为Al2O3、MgO或ZrO2，所述催化活性组分为Ce、Ni、Co、Mn、Fe、Cu过渡金属的复合氧化物;所述的复合式相变蓄热陶瓷载体中金属相变材料和陶瓷基体的质量比为（1-9）:1;其比表面积为228-378 m2/g，蓄热密度为127-236J/g；
其制备步骤如下：
（1）混料：将金属粉末与陶瓷基体按（1-9）:1的质量比进行混合，并放入球磨机中干磨30min；再向研磨后的混合物中加入助剂和粘结剂，助剂与粉末混合物的质量比控制在1：（10-20）之间，粘结剂与粉末混合物的质量比控制在1:（20-50）之间，同时保持物料在球磨机中继续研磨30min，获得复合粉料；
（2）成型：将研磨后的复合粉料挤压成型，形成块体,挤压时的压力在4-20MPa,压力维持时间在5-25min；
（3）干燥：将块体以5℃/min的速度升温至110℃，保温3小时去除水分，获得烘干块体；
（4）烧结：将烘干块体放入马弗炉中在600-1000℃烧结180min，随炉冷却至室温，形成复合式相变蓄热陶瓷载体材料；
（5）配液：将Ce、Ni、Co、Mn、Fe或Cu的无机盐中两种溶于水中，制成金属离子浓度为0.2-1 mol/L的混合溶液；所述的无机盐为硝酸盐或醋酸盐；向混合溶液中加入柠檬酸用于促进金属离子络合，制成络合溶液，柠檬酸在络合溶液中的浓度为0.05mol/L；
（6）浸渍：将复合式相变蓄热陶瓷载体浸没于络合溶液中，同时搅拌上层络合溶液，保持不少于30min，使络合溶液中的无机盐混合物负载到复合式相变蓄热陶瓷载体上，在络合溶液中形成负载型催化剂的前驱体;
（7）焙烧：将负载型催化剂的前驱体在400-800℃焙烧120min，随炉冷却至室温，形成具有相变蓄热功能的负载型催化剂。
2.如权利要求1所述的具有相变蓄热功能的负载型催化剂的制备方法，其特征在于，所述助剂为Bi2O3，用于防止金属相变材料液化后渗出。
3.如权利要求1所述的具有相变蓄热功能的负载型催化剂的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为质量分数5%的聚乙烯醇溶液，用于提高金属相变材料和陶瓷基体的结合程度。
4.如权利要求1所述的具有相变蓄热功能的负载型催化剂的用途，其特征在于，所述用途为：将所述催化剂用于有机废气的催化燃烧。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811041779.6A CN109364928B (zh) | 2018-09-07 | 2018-09-07 | 具有相变蓄热功能的负载型催化剂及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811041779.6A CN109364928B (zh) | 2018-09-07 | 2018-09-07 | 具有相变蓄热功能的负载型催化剂及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109364928A CN109364928A (zh) | 2019-02-22 |
| CN109364928B true CN109364928B (zh) | 2021-12-03 |
Family
ID=65404832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811041779.6A Active CN109364928B (zh) | 2018-09-07 | 2018-09-07 | 具有相变蓄热功能的负载型催化剂及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109364928B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109908932B (zh) * | 2019-02-25 | 2020-05-05 | 苏斌 | 一种甲醇燃烧的催化相变介质球及其制备方法 |
| CN113522268A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-10-22 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种储热型复合催化剂及其制备方法与应用 |
| CN114247429A (zh) * | 2021-11-09 | 2022-03-29 | 暨南大学 | 一种硬脂酸衍生物有机臭味除臭系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101148577A (zh) * | 2007-10-18 | 2008-03-26 | 昆明理工大学 | 铝/三氧化二铝基复合相变蓄热材料 |
| CN101824353A (zh) * | 2010-05-04 | 2010-09-08 | 昆明理工大学 | 蓄热型化学链燃烧技术用复合氧载体及其制备方法 |
| CN102166532A (zh) * | 2010-05-04 | 2011-08-31 | 昆明理工大学 | 一种蓄热-催化复合功能材料及其制备方法 |
| CN102408877A (zh) * | 2011-07-12 | 2012-04-11 | 北京化工大学 | 相变复合材料、其制备方法及应用 |
| US9027633B2 (en) * | 2008-03-24 | 2015-05-12 | Auburn University | Nanoparticle-enhanced phase change materials (NEPCM) with improved thermal energy storage |
| CN106732585A (zh) * | 2017-03-06 | 2017-05-31 | 西南化工研究设计院有限公司 | 一种VOCs催化燃烧整体式催化剂及其制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7971437B2 (en) * | 2008-07-14 | 2011-07-05 | Bell Independent Power Corporation | Thermal energy storage systems and methods |
| CN103084215B (zh) * | 2013-01-18 | 2015-06-03 | 昆明理工大学 | 一种金属盐/γ-Al2O3蓄热型催化剂载体的制备方法 |
| CN103406156B (zh) * | 2013-08-12 | 2015-01-28 | 昆明理工大学 | 一种高温相变蓄热型复合催化剂载体的制备方法 |
-
2018
- 2018-09-07 CN CN201811041779.6A patent/CN109364928B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101148577A (zh) * | 2007-10-18 | 2008-03-26 | 昆明理工大学 | 铝/三氧化二铝基复合相变蓄热材料 |
| US9027633B2 (en) * | 2008-03-24 | 2015-05-12 | Auburn University | Nanoparticle-enhanced phase change materials (NEPCM) with improved thermal energy storage |
| CN101824353A (zh) * | 2010-05-04 | 2010-09-08 | 昆明理工大学 | 蓄热型化学链燃烧技术用复合氧载体及其制备方法 |
| CN102166532A (zh) * | 2010-05-04 | 2011-08-31 | 昆明理工大学 | 一种蓄热-催化复合功能材料及其制备方法 |
| CN102408877A (zh) * | 2011-07-12 | 2012-04-11 | 北京化工大学 | 相变复合材料、其制备方法及应用 |
| CN106732585A (zh) * | 2017-03-06 | 2017-05-31 | 西南化工研究设计院有限公司 | 一种VOCs催化燃烧整体式催化剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Al-Si/Al2O3高温复合相变蓄热材料的研究;华建社等;《材料热处理技术》;20120430;第41卷(第8期);72-78 * |
| Catalytic combustion of toluene with La0.8Ce0.2MnO3 supported on with different morphologies;Yongqiang Wang et al;《Chemical Engineering Journal》;20160419;第300卷;300-305 * |
| Phenyl VOCs catalytic combustion on supported CoMn/AC oxide catalyst;Guilin Zhou et al;《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》;20140509;第21卷;932-941 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109364928A (zh) | 2019-02-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109364928B (zh) | 具有相变蓄热功能的负载型催化剂及其制备方法与应用 | |
| EP2315732B1 (en) | Method for making porous acicular mullite bodies | |
| CN111545040B (zh) | 一种复合脱硝剂及其制备方法 | |
| CN101362072A (zh) | 脱除二氧化碳中微量苯的吸附剂及制备方法 | |
| WO2019076090A1 (zh) | 一种负载型VOCs催化燃烧催化剂及其制备方法 | |
| CN102489305A (zh) | 一种催化分解n2o的过渡金属复合氧化物催化剂及其制备方法 | |
| CN102962073A (zh) | 一种直接分解n2o的催化剂及其制备方法 | |
| CN109225311B (zh) | 一种用于低温催化VOCs的复合氧化物催化剂的制备方法 | |
| CN111644179A (zh) | 用于有机废气催化燃烧的蜂窝陶瓷负载稀土掺杂铜锰氧化物催化剂及其制备方法 | |
| CN102728346A (zh) | MnO2-TiO2碳纳米管-多孔无机陶瓷膜低温催化脱硝自清理材料及其制备方法 | |
| CN113101898A (zh) | 一种多孔颗粒状分子筛VOCs吸附剂及制备方法 | |
| CN102728348B (zh) | MnO2-TiO2石墨烯-多孔无机陶瓷膜低温脱硝催化剂及其制备方法 | |
| CN112403459A (zh) | 一种基于金属相变微胶囊的低温scr催化剂及其制备方法 | |
| CN102728347B (zh) | MnO2-TiO2石墨烯-多孔无机陶瓷膜低温催化脱硝自清理材料及其制备方法 | |
| CN102886255B (zh) | MnO2-TiO2碳纳米管-多孔无机陶瓷膜低温脱硝催化剂及其制备方法 | |
| CN114011400A (zh) | 酸性体系垃圾焚烧scr脱硝催化剂的制备方法、制得的脱硝催化剂 | |
| CN110252375B (zh) | 一种铁、氮、钴共掺杂的二氧化钛/活性炭复合物、制备方法及作为光催化剂应用 | |
| CN105148961A (zh) | 一种scr烟气脱硝催化剂及其制备方法 | |
| CN111943717A (zh) | 一种载银硅藻壳抗菌陶瓷滤芯及其制备方法 | |
| CN101549256A (zh) | 一种用于汽车尾气催化净化的储氧材料 | |
| CN114832811B (zh) | 一种整体式催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN102188983B (zh) | 纤维状纳米多孔v2o5-k2so4/复合载体催化剂及其应用 | |
| CN115532277A (zh) | 一种高性能催化燃烧催化剂的制备方法及制备的催化剂 | |
| CN102059123A (zh) | 烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂及其制备方法 | |
| CN1342516A (zh) | 一种以MnO、CuO为活性组分的脱氧剂 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |