CN109569588A - 含氰废气催化氧化催化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含氰废气催化氧化催化剂及其制备方法。用以解决现有催化剂反应效率低的问题。本发明通过采用含氰废气催化氧化催化剂，以重量份计，包括以下组分：(1)90～99.5份的催化剂载体；(2)0.1～5份铂的技术方案，较好地解决了该问题，可用于含氰废气中氰化物的脱除。

Description

含氰废气催化氧化催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及含氰废气催化氧化催化剂及其制备方法。
技术背景
含氰废气主要指含氰化氢、乙腈和丙烯腈等的有机废气，是一种危害生物健康的剧毒污染物。目前，脱氰方法主要包括吸收、吸附、燃烧、催化氧化和水解等技术。由于催化氧化反应效率高，脱氰效果好，受到了广泛的关注。催化氧化法按反应工艺可分为两步法和一步法。两步法是指先将含氰废气氧化成二氧化碳、氮氧化物和水，再通过脱硝催化剂将氮氧化物转化成无害的氮气。一步法工艺技术经济效益明显，工艺路线更加简单，在催化剂的作用下，将含氰废气直接转化成二氧化碳、水和氮气。
CN102734812发明公开了一种用于脱除含氰废气地方法，采用过渡金属负载型介孔分子筛催化剂对含氰废气进行脱除催化反应。其中介孔分子筛载体是：MCM-41、MCM-48、SBA-15、SBA-16、KIT-5或KIT-6，过渡金属活性组分为：Cu、Co、Cr、Mn、Ag或V中的一种或几种，载体与过渡金属组分的质量比1∶0.02～0.07，将分子筛催化剂，置于固定床石英反应器中，在常压下，反应炉温度升到350℃～650℃，将含氰废气、氧气和氮气的混合气以空速17000～24000h-1通入反应炉内，经催化燃烧将废气脱除。该方法脱除效率低。
CN1404904公开了一种铂铑催化剂脱除含HCN废气的方法，将铂铑催化剂装在反应炉中，然后将炉温升到250～550℃；含有HCN、NH3和焦油的废气以5000～30000h-1的空速通入反应炉内，同时通入空气，其体积占总体积的5％～50％。该发明使用的温度较低，含氮的气体不易转变为另一种污染物NO2。但该方法催化剂成本较高。
CN101362051公开了一种丙烯腈装置尾气处理工艺，适用于丙烯腈装置排出的丙烯腈废气，其特征在于丙烯腈尾气经气液分离器分离游离水后与空气混合，以贵金属蜂窝催化剂作催化剂，进行催化氧化反应，将有害的挥发性有机物转化为二氧化碳和水；再以选择性还原蜂窝催化剂作催化剂，与补加的氨进行选择性催化还原反应，将尾气中的氮氧化物还原成氮气和水。该方法操作复杂，且需补加氨，物耗高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中的催化氧化脱除含氰废气中的氰化物效率低的问题，提供一种新的催化氧化催化剂，该催化剂具有脱除氰化物效率高的优点。
本发明所要解决的技术问题之二是与上述技术问题之一中所述催化剂的制备方法。
本发明所要解决的技术问题之三是采用上述技术问题之一所述催化剂的含氰废气的催化氧化技术。
为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案如下：
含氰废气催化氧化催化剂，以重量份计，包括以下组分：
(1)90～99.5份的催化剂载体；
(2)0.1～5份铂。
上述技术方案中，在铂的上述含量范围内，作为非限制性举例，具体含量的点值可以是0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0等等。
上述技术方案中，所述催化剂优选还包括(3)0.1～5份助催化剂，所述助催化剂选自铜和锡中的至少一种。铂与助催化剂在脱除含氰废气中的氰的效果方面两者具有明显的协同效应。
上述技术方案中，所述助催化剂更优选同时包括铜和锡，铜与锡在脱除含氰废气中的氰的效果方面两者具有明显的协同效应。此时，铜与锡的重量比没有特别限制，例如但不限于铜与锡为0.1～10，在这个比值范围内，更具体的非限制性的重量比点值可以是0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、8.0等等。
上述技术方案中，所述的催化剂载体优选自TiO2、ZrO2、SiO2和Al2O3中的至少一种。
上述技术方案中，所述的催化剂形状优选为蜂窝型、三叶草型、柱状或球形。
为解决上述技术问题之二，本发明的技术方案如下：
上述技术问题之一的技术方案中任一项所述催化剂的制备方法，包括：
(1)将含铂元素的化合物的溶液与载体混合；
(2)焙烧。
上述技术方案中，当所述的催化剂中含有助催化剂时，所述制备方法进一步可以为包括如下步骤的方法一：
(1)将含铂元素的化合物以及含助催化剂元素的化合物的混合溶液与载体混合；
(2)焙烧。
上述技术方案中，当所述的催化剂中含有助催化剂时，所述制备方法进一步可以为包括如下步骤的方法二：
1)将含铂元素的化合物的溶液与载体混合；
2)焙烧得到催化剂前体I；
3)将含助催化剂元素的化合物溶液与前体I混合；
4)焙烧。
上述技术方案中，当所述的催化剂中含有助催化剂时，所述制备方法进一步可以为包括如下步骤的方法三：
i)将含助催化剂元素的化合物溶液与载体混合；
ii)焙烧得到催化剂前体II；
iii)将含铂元素的化合物的溶液与催化剂前体II混合；
iv)焙烧。
三种方法相比，当采用方法三制备的催化剂时，本发明在脱除含氰废气中的氰方面具有较其他两种方法更加突出的效果。
上述技术方案中，焙烧温度优选为300～700℃。
上述技术方案中，焙烧时间优选为1～6小时。
上述技术方案中，焙烧的气氛优选为惰性气氛或者氧化性气氛。
上述技术方案中，所述氧化性气氛优选为空气。
上述技术方案中，含钌元素的化合物优选自六氯铂酸铵、六氯铂酸钾、氯化铂和硝酸铂中的任意一种。
上述技术方案中，含铜元素的化合物优选自硝酸铜、氯化铜、硫酸铜和醋酸铜中的任意一种。
上述技术方案中，含锡元素的化合物优选自草酸锡，四氯化锡和氯化亚锡中的任意一种。
为解决上述技术问题之三，本发明的技术方案如下：
上述技术问题之一的技术方案中任一项所述催化剂在含氰废气催化氧化脱氰中的应用。
具体的应用方法可以是：在上述催化剂存在下，将所述含氰废气和含氧气的氧化剂在反应器中反应除去废气中的氰化物。
上述技术方案中，所述的氧化剂优选为空气或富氧。
上述技术方案中，反应的温度优选为280～500℃。
上述技术方案中，含氰废气和氧化剂的总的体积空速优选为1000～30000h-1。
上述技术方案中，所述的反应器优选为固定床反应器。
上述技术方案中，对含氰废气中氰的种类没有限制，只要是分子中含有CN基团均具有脱除的效果，例如但不限于氰气((CN)2)、硫氰((SCN)2)、氧氰((OCN)2)、HCN、HSCN、HOCN、C2～C10的饱和腈(例如但不限于乙腈)、C3～C10的不饱和腈(例如但不限于丙烯腈、甲基丙烯腈、苯甲腈、间二苯甲腈)等等。
本领域技术人员知道，在焙烧之前如果先行进行干燥，则会得到机械强度更高的催化剂，从这个角度出发，在焙烧之前推荐干燥的步骤。干燥的具体温度没有限制，例如但不限于60～120℃，进一步非限定性的例子可以是：70℃、80℃、90℃、100℃、110℃等等。
采用本发明的技术方案，结果表明以本发明制备的同时含铂、铜和锡的#10催化剂，在反应温度为380℃，空速12000h-1，可有效脱除含氰废气中的氰化物，经催化氧化处理后，含氰废气中的丙烯腈从1,925ppm降至0.3ppm；氰化氢从240ppm降至0.1ppm，尾气中NOx含量为16.9ppm，取得了较好的技术效果。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但是这些实施例无论如何都不对本发明的范围构成限制。
具体实施方式
【实施例1】
1、催化剂制备
以重量配比计，ZrO2:Pt:Cu为95:0.1:4.9制备催化剂#1。
将95份ZrO2催化剂载体室温下浸渍于相当于含0.1份Pt和4.9份Cu的H2PtCl6-Cu(NO3)2混合水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂#1。催化剂的配方见表1。
2、催化剂评价
含氰废气(丙烯腈1925ppm，氰化氢240ppm)与空气按1：5混合后，通过装填有800mL#1催化剂的固定床反应器。反应器中的反应温度为380℃，反应空速12000h-1。反应结果见表2。
【实施例2】
1、催化剂制备
以重量配比计，SiO2:Pt:Cu为95:0.1:4.9制备催化剂#2。
将95份SiO2催化剂载体室温下浸渍于相当于含0.1份Pt和4.9份Cu的H2PtCl6-Cu(NO3)2混合水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂#2。催化剂的配方见表1。
2、催化剂评价
含氰废气(丙烯腈1925ppm，氰化氢240ppm)与空气按1：5混合后，通过装填有800mL#2催化剂的固定床反应器。反应器中的反应温度为380℃，反应空速12000h-1。反应结果见表2。
【实施例3】
1、催化剂制备
以重量配比计，Al2O3:Pt:Cu为95:0.1:4.9制备催化剂#3。
将95份Al2O3催化剂载体室温下浸渍于相当于含0.1份Pt和4.9份Cu的H2PtCl6-Cu(NO3)2混合水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂#3。催化剂的配方见表1。
2、催化剂评价
含氰废气(丙烯腈1925ppm，氰化氢240ppm)与空气按1：5混合后，通过装填有800mL#3催化剂的固定床反应器。反应器中的反应温度为380℃，反应空速12000h-1。反应结果见表2。
【实施例4】
1、催化剂制备
以重量配比计，TiO2:Pt:Cu为95:0.1:4.9制备催化剂#4。
将95份TiO2催化剂载体室温下浸渍于相当于含0.1份Pt和4.9份Cu的H2PtCl6-Cu(NO3)2混合水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂#4。催化剂的配方见表1。
2、催化剂评价
含氰废气(丙烯腈1925ppm，氰化氢240ppm)与空气按1：5混合后，通过装填有800mL#4催化剂的固定床反应器。反应器中的反应温度为380℃，反应空速12000h-1。反应结果见表2。
【实施例5】
1、催化剂制备
以重量配比计，TiO2:Pt:Cu为95:0.1:4.9制备催化剂#5。
将95份TiO2催化剂载体室温下浸渍于相当于含0.1份Pt的H2PtCl6水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂前躯体B-05。将B-05浸渍于相当于含4.9份Cu的Cu(NO3)2水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂#5。催化剂的配方见表1。
2、催化剂评价
含氰废气(丙烯腈1925ppm，氰化氢240ppm)与空气按1：5混合后，通过装填有800mL#5催化剂的固定床反应器。反应器中的反应温度为380℃，反应空速12000h-1。反应结果见表2。
【实施例6】
1、催化剂制备
以重量配比计，TiO2:Pt:Cu为95:0.1:4.9制备催化剂#6。
将95份TiO2催化剂载体室温下浸渍于相当于含4.9份Cu的Cu(NO3)2水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂前躯体B-06。将B-06浸渍于相当于含0.1份Pt的H2PtCl6水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂#6。催化剂的配方见表1。
2、催化剂评价
含氰废气(丙烯腈1925ppm，氰化氢240ppm)与空气按1：5混合后，通过装填有800mL#6催化剂的固定床反应器。反应器中的反应温度为380℃，反应空速12000h-1。反应结果见表2。
【实施例7】
1、催化剂制备
以重量配比计，TiO2:Pt:Cu为95:0.3:4.7制备催化剂#7。
将95份TiO2催化剂载体室温下浸渍于相当于含4.7份Cu的Cu(NO3)2水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂前躯体B-07。将B-07浸渍于相当于含0.3份Pt的H2PtCl6水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂#7。催化剂的配方见表1。
2、催化剂评价
含氰废气(丙烯腈1925ppm，氰化氢240ppm)与空气按1：5混合后，通过装填有800mL#7催化剂的固定床反应器。反应器中的反应温度为380℃，反应空速12000h-1。反应结果见表2。
【实施例8】
1、催化剂制备
以重量配比计，TiO2:Pt:Cu为95:0.5:4.5制备催化剂#8。
将95份TiO2催化剂载体室温下浸渍于相当于含4.5份Cu的Cu(NO3)2水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂前躯体B-08。将B-08浸渍于相当于含0.5份Pt的H2PtCl6水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂#8。催化剂的配方见表1。
2、催化剂评价
含氰废气(丙烯腈1925ppm，氰化氢240ppm)与空气按1：5混合后，通过装填有800mL#8催化剂的固定床反应器。反应器中的反应温度为380℃，反应空速12000h-1。反应结果见表2。
【实施例9】
1、催化剂制备
以重量配比计，TiO2:Pt:Sn为95:0.3:4.7制备催化剂#7。
将95份TiO2催化剂载体室温下浸渍于相当于含4.7份Sn的SnCl4水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂前躯体B-09。将B-09浸渍于相当于含0.3份Pt的H2PtCl6水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂#9。催化剂的配方见表1。
2、催化剂评价
含氰废气(丙烯腈1925ppm，氰化氢240ppm)与空气按1：5混合后，通过装填有800mL#9催化剂的固定床反应器。反应器中的反应温度为380℃，反应空速12000h-1。反应结果见表2。
【实施例10】
1、催化剂制备
以重量配比计，TiO2:Pt:Cu:Sn为95:0.3:2.5:2.2制备催化剂#10。
将95份TiO2催化剂载体室温下浸渍于相当于含2.5份Cu和含2.2份Sn的Cu(NO3)2-SnCl4混合水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂前躯体B-10。将B-10浸渍于相当于含0.3份Pt的H2PtCl6水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂#10。催化剂的配方见表1。
2、催化剂评价
含氰废气(丙烯腈1925ppm，氰化氢240ppm)与空气按1：5混合后，通过装填有800mL#10催化剂的固定床反应器。反应器中的反应温度为380℃，反应空速12000h-1。反应结果见表2。
【实施例11】
1、催化剂制备
以重量配比计，TiO2:Pt为95:5制备催化剂D-01。
将95份TiO2催化剂载体室温下浸渍于相当于含5份Pt的H2PtCl6水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂D-01。催化剂的配方见表1。
2、催化剂评价
含氰废气(丙烯腈1925ppm，氰化氢240ppm)与空气按1：5混合后，通过装填有800mLD-01催化剂的固定床反应器。反应器中的反应温度为380℃，反应空速12000h-1。反应结果见表2。
【实施例12】
1、催化剂制备
以重量配比计，TiO2:Cu为95:5制备催化剂D-02。
将95份TiO2催化剂载体室温下浸渍于相当于含5份Cu的Cu(NO3)2水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂D-02。催化剂的配方见表1。
2、催化剂评价
含氰废气(丙烯腈1925ppm，氰化氢240ppm)与空气按1：5混合后，通过装填有800mLD-02催化剂的固定床反应器。反应器中的反应温度为380℃，反应空速12000h-1。反应结果见表2。
【实施例13】
1、催化剂制备
以重量配比计，TiO2:Sn为95:5制备催化剂D-03。
将95份TiO2催化剂载体室温下浸渍于相当于含5份Sn的SnCl4水溶液100份中过夜，80℃干燥12小时后在400℃空气气氛下焙烧4小时，得到催化剂D-03。催化剂的配方见表1。
2、催化剂评价
含氰废气(丙烯腈1925ppm，氰化氢240ppm)与空气按1：5混合后，通过装填有800mLD-03催化剂的固定床反应器。反应器中的反应温度为380℃，反应空速12000h-1。反应结果见表2。
表1.催化剂的配方
实施例 催化剂制备方法 催化剂配方 各组分质量配比
实施例1 方法一 ZrO<sub>2</sub>:Pt:Cu 95:0.1:4.9
实施例2 方法一 SiO<sub>2</sub>:Pt:Cu 95:0.1:4.9
实施例3 方法一 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>:Pt:Cu 95:0.1:4.9
实施例4 方法一 TiO<sub>2</sub>:Pt:Cu 95:0.1:4.9
实施例5 方法二 TiO<sub>2</sub>:Pt:Cu 95:0.1:4.9
实施例6 方法三 TiO<sub>2</sub>:Pt:Cu 95:0.1:4.9
实施例7 方法三 TiO<sub>2</sub>:Pt:Cu 95:0.3:4.7
实施例8 方法三 TiO<sub>2</sub>:Pt:Cu 95:0.5:4.5
实施例9 方法三 TiO<sub>2</sub>:Pt:Sn 95:0.3:4.7
实施例10 方法三 TiO<sub>2</sub>:Pt:Cu:Sn 95:0.3:2.5:2.2
实施例11 -- TiO<sub>2</sub>:Pt 95:5
实施例12 -- TiO<sub>2</sub>:Cu 95:5
实施例13 -- TiO<sub>2</sub>:Sn 95:5
表2.反应结果

Claims (10)

1.含氰废气催化氧化催化剂，以重量份计，包括以下组分：
(1)90～99.5份的催化剂载体；
(2)0.1～5份铂。
2.根据权利要求1所述的催化氧化催化剂，其特征是所述的催化剂载体选自TiO2、ZrO2、SiO2和Al2O3中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的催化氧化催化剂，其特征是所述的催化剂形状为蜂窝型、三叶草型、柱状或球形。
4.权利要求1～3中任一项所述催化剂的制备方法，包括：
(1)将含铂元素的化合物的溶液与载体混合；
(2)焙烧。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是焙烧温度为300～700℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是焙烧时间为1～6小时。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是焙烧的气氛为惰性气氛或者氧化性气氛。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征是所述氧化性气氛为空气。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是含铂元素的化合物选自六氯铂酸铵、六氯铂酸钾、氯化铂和硝酸铂中的任意一种。
10.权利要求1～3中任一项所述催化剂在含氰废气催化氧化脱氰中的应用。
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