CN110075848A - 用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂及制备和应用 - Google Patents

用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂及制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂及其制备方法和应用。该催化剂是一种负载型四氧化三钴催化剂，催化剂载体为TiO2/SiO2中的一种，活性组分为Co3O4/MnO2中的一种或两种。其中，以Co3O4或MnO2与载体TiO2/SiO2的质量比计，活性组分的百分含量为30%‑50%。本发明所述的催化剂能在一定温度下将总烃中非甲烷总烃完全转化为CO2和H2O，而甲烷不转化或转化率低于5%。本发明所述的催化剂可以应用于非甲烷总烃的检测设备中，定量检测总烃中非甲烷总烃的含量，大大简化当前应用于非甲烷总烃检测设备的构造且可操作温度窗口宽。

Description

用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂及制备和应用
技术领域
本发明属于催化环保技术领域，具体涉及一种用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
非甲烷总烃（NMHC）是指除甲烷以外的其他所有具有挥发性的碳氢化合物的总称，如烷烃、烯烃、芳香烃和含氧烃组分等。当环境中NMHC超过一定浓度时，会对人体健康产生直接危害，且很多挥发性有机物对人体有致癌作用。当非甲烷总烃在光照条件下通过化学反应产生光化学烟雾及臭氧，对人类环境造成不可估量的损害。因此，近年来国家加大了对环境中NMHC的监察力度。
目前用于非甲烷总烃(NMHC)得检测方法主要包括催化氧化法和色谱法。HJ38-2017标准中指出气相色谱法NMHC的含量的检测方法是将气体样品直接注入具有 氢火焰离子化检测器的气相色谱仪，分别在总烃柱和甲烷柱上测得总烃和甲烷的含量，两者之差即为NMHC的含量。催化氧化法和色谱法的主要区别在于，催化法通过催化氧化除甲烷以外的有机物对甲烷进行分析。催化氧化法得优势在于简化设备构造，方法简单。同时，也对催化氧化非甲烷总烃催化剂的效率和温度窗口提出了更高的要求。
本发明提供一种用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂及其制备方法，其目的在于，解决目前催化氧化法测非甲烷总烃设备中催化剂效率不高，能耗高，可操作温度窗口窄等问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，在现有研究基础上进一步提高用于非甲烷总烃检测设备中催化剂的效率，降低能耗，拓宽可操作温度窗口，本发明目的在于提供一种用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂。
本发明的再一目的在于：提供一种上述产品的制备方法。
本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现：一种用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂，是一种负载型四氧化三钴催化剂，载体为TiO2/SiO2中的一种，活性组分为Co3O4/MnO2中的一种或两种，其中，以活性组分Co3O4或MnO2与载体TiO2/SiO2的质量比计，活性组分的百分含量为30%-50%。
本发明提供一种用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取一定质量的TiO2/SiO2载体；
(2)根据所称TiO2/SiO2的质量和Co3O4或MnO2的负载量（30%-50%）计算所需前驱体（六水合硝酸钴，50%硝酸锰溶液）的质量；
(3)将步骤（2）中所称取的六水合硝酸钴或50%硝酸锰溶液溶于一定质量的水中，配制浓度为0.25mol/L的金属（六水合硝酸钴，50%硝酸锰溶液）前驱体溶液；
(4)将步骤（1）称取的TiO2/SiO2载体浸渍于步骤（3）中的六水合硝酸钴溶液或硝酸锰溶液中，过夜浸渍；
(5)配制0.5mol/L的碳酸钠水溶液；
(6)80℃搅拌条件下，向步骤（4）中浸渍好前驱体的载体中逐滴加入步骤（5）中配制的碳酸钠溶液，调节pH至9左右，继续搅拌2h；
(7)得到的沉淀过滤，用去离子水洗涤，并于60℃条件下过夜干燥；
(8)将步骤（7）中得到的干燥前驱体研磨成细粉，于500-600℃条件下焙烧4h，得到本发明所述的催化剂。
本发明提供一种用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂的应用，用于催化氧化法测非甲烷总烃的检测设备中，检测非甲烷总烃。
本发明优点在于：（1）该催化剂催化效率高，能耗低，可操作温度窗口高；（2）应用该催化剂对总烃中非甲烷总烃进行检测，可以简化现有检测设备。
附图说明
图1为实施例1催化剂催化燃烧活性图；
图2为实施例2催化剂催化燃烧活性图；
图3为实施例3催化剂催化燃烧活性图；
图4为实施例4催化剂催化燃烧活性图。
具体实施方式
实施例1
一种用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂30%Co/SiO2，载体为SiO2，活性组分为Co3O4，其中，活性组分的百分含量为30%，按如下方法制备：
（1）称取3g SiO2载体；
（2）根据SiO2的质量和Co3O4的负载量30%计算所需前驱体六水合硝酸钴的质量；称取3.28g六水合硝酸钴，溶于45ml去离子水中，得前驱体溶液；
（3）将步骤（1）称取的SiO2载体浸渍于步骤（2）中的六水合硝酸钴溶液中，过夜浸渍；
（4）配制0.5mol/L的碳酸钠水溶液；
（6） 80℃搅拌条件下，向步骤（3）中浸渍好前驱体的载体中逐滴加入步骤（4）中配制的碳酸钠溶液，调节pH至9左右，继续搅拌2h；
（7）得到的沉淀过滤，用去离子水洗涤，并于60℃条件下过夜干燥；
（8）将步骤（7）中得到的干燥前驱体研磨成细粉，于500 ℃条件下焙烧4h，，得到本发明所述的催化剂30%Co/SiO2催化剂。
用于催化氧化法测非甲烷总烃的检测设备中，检测非甲烷总烃。
图1为实施例1催化剂催化燃烧活性图。
实施例2
一种用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂50%Co/SiO2，载体为SiO2，活性组分为Co3O4，其中，活性组分的百分含量为50%，按如下方法制备：
（1）称取3g SiO2载体；
（2）根据SiO2的质量和Co3O4的负载量50%计算所需前驱体六水合硝酸钴的质量，称取5.46g六水合硝酸钴，溶于75ml去离子水中；
（3）将步骤（1）称取的SiO2载体浸渍于步骤（2）中的六水合硝酸钴溶液中，过夜浸渍；
（4）配制0.5mol/L的碳酸钠水溶液；
（6） 80℃搅拌条件下，向步骤（3）中浸渍好前驱体的载体中逐滴加入步骤（4）中配制的碳酸钠溶液，调节pH至9左右，继续搅拌2h；
（7）得到的沉淀过滤，用去离子水洗涤，并于60℃条件下过夜干燥；
（8）将步骤（7）中得到的干燥前驱体研磨成细粉，于500℃条件下焙烧4h，得到本发明所述的催化剂50%Co/SiO2催化剂。
图2为实施例2催化剂催化燃烧活性图。
实施例3
一种用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂50%CoMn/SiO2，载体为SiO2，活性组分为Co3O4/MnO2中的两种，其中，以活性组分Co3O4和MnO2与载体SiO2的质量比计，活性组分的百分含量为50%，按如下方法制备：
（1）称取3g SiO2载体；
（2）根据SiO2的质量和Co3O4和MnO2的负载量50%计算所需前驱体六水合硝酸钴，50%硝酸锰溶液的质量，称取2.73g六水合硝酸钴和3.09g 50%的硝酸锰溶液，溶于75ml去离子水中；
（3）将步骤（1）称取的SiO2载体浸渍于步骤（2）中的六水合硝酸钴和硝酸锰的混合溶液中，过夜浸渍；
（4）配制0.5mol/L的碳酸钠水溶液；
（6） 80 ℃搅拌条件下，向步骤（3）中浸渍好前驱体的载体中逐滴加入步骤（4）中配制的碳酸钠溶液，调节pH至9左右，继续搅拌2h；
（7）得到的沉淀过滤，用去离子水洗涤，并于60℃条件下过夜干燥；
（8）将步骤（7）中得到的干燥前驱体研磨成细粉，于500℃条件下焙烧4h，得到本发明所述的催化剂50%CoMn/SiO2催化剂。
图3为实施例3催化剂催化燃烧活性图。
实施例4
一种用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂50%Co/TiO2，载体为TiO2，活性组分为Co3O4，其中，以活性组分Co3O4与载体TiO2的质量比计，活性组分的百分含量为50%，按如下方法制备：
（1）称取3g TiO2载体；
（2）根据所称TiO2的质量和Co3O4的负载量50%计算所需前驱体六水合硝酸钴的质量称取5.46g六水合硝酸钴，溶于75ml去离子水中；
（3）将步骤（1）称取的TiO2载体浸渍于步骤（2）中的六水合硝酸钴溶液中，过夜浸渍；
（4）配制0.5mol/L的碳酸钠水溶液；
（6） 80℃搅拌条件下，向步骤（3）中浸渍好前驱体的载体中逐滴加入步骤（4）中配制的碳酸钠溶液，调节pH至9左右，继续搅拌2h；
（7）得到的沉淀过滤，用去离子水洗涤，并于60℃条件下过夜干燥；
（8）将步骤（7）中得到的干燥前驱体研磨成细粉，于500℃条件下焙烧4h，得本发明所述的催化剂50%Co/TiO2催化剂。
图4为实施例4催化剂催化燃烧活性图。
催化剂活性测试：
以甲烷/丙烷混合气模拟甲烷和非甲烷总烃污染气，将实施例1-4中的催化剂用于甲烷和非甲烷总烃催化燃烧，用于催化燃烧所用催化剂活性评价在固定床微反应器（内径3mm石英管）中进行。催化剂的用量为100mg，温度采用K型热电偶自动控制。甲烷/丙烷标准混合气体与空气混合进入反应器进行燃烧。总流量采用质量流量计控制，甲烷和丙烷的浓度为100ppm，空气为载气，氧气浓度为10%，反应温度50-350 ℃, 在常压环境下进行。实施例1~实施例4甲烷和丙烷的转化率和反应温度的关系如图1-图4所示。
从实施例1-4的活性曲线图可以看出，本发明所述的催化剂对总烃中非甲烷总烃表现出了较好的催化氧化活性，在较低的温度和较宽的温度区间内（250 oC-290 oC）下可以实现甲烷不转化，丙烷完全催化氧化。

Claims (7)

1.一种用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂，其特征在于，是一种负载型四氧化三钴催化剂，载体为TiO2/SiO2中的一种，活性组分为Co3O4/MnO2中的一种或两种，其中，以活性组分Co3O4或MnO2与载体TiO2/SiO2的质量比计，活性组分的百分含量为30%-50%。
2.根据权利要求1所述的用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂，其特征在于，包括以下步骤制备：
（1）分别称取一定质量的TiO2/SiO2载体；
（2）根据所称TiO2/SiO2的质量和Co3O4或MnO2的负载量（30%-50%）计算所需前驱体（六水合硝酸钴，50%硝酸锰溶液）的质量；
（3）将步骤（2）中所称取的六水合硝酸钴或50%硝酸锰溶液溶于一定质量的水中，配制浓度为0.25mol/L的金属（六水合硝酸钴，50%硝酸锰溶液）前驱体溶液；
（4）将步骤（1）称取的TiO2/SiO2载体浸渍于步骤（3）中的六水合硝酸钴溶液或硝酸锰溶液中，过夜浸渍；
（5）配制0.5mol/L的碳酸钠水溶液；
（6）80℃搅拌条件下，向步骤（4）中浸渍好前驱体的载体中逐滴加入步骤（5）中配制的碳酸钠溶液，调节pH至9，继续搅拌2h；
（7）得到的沉淀过滤，用去离子水洗涤，并于60℃条件下过夜干燥；
（8）将步骤（7）中得到的干燥前驱体研磨成细粉，于500-600℃条件下焙烧4h，得到本发明所述的催化剂。
3.根据权利要求1和2所述的用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂，其特征在于，催化剂为30%Co/SiO2，载体为SiO2，活性组分为Co3O4，其中，活性组分的百分含量为30%，按如下方法制备：
（1）称取3g SiO2载体；
（2）根据SiO2的质量和Co3O4的负载量30%计算所需前驱体六水合硝酸钴的质量；称取3.28g六水合硝酸钴，溶于45ml去离子水中，得前驱体溶液；
（3）将步骤（1）称取的SiO2载体浸渍于步骤（2）中的六水合硝酸钴溶液中，过夜浸渍；
（4）配制0.5mol/L的碳酸钠水溶液；
（6）80℃搅拌条件下，向步骤（3）中浸渍好前驱体的载体中逐滴加入步骤（4）中配制的碳酸钠溶液，调节pH至9左右，继续搅拌2h；
（7）得到的沉淀过滤，用去离子水洗涤，并于60℃条件下过夜干燥；
（8）将步骤（7）中得到的干燥前驱体研磨成细粉，于500 ℃条件下焙烧4h，得 30%Co/SiO2催化剂。
4.根据权利要求1和2所述的用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂，其特征在于，催化剂为50%Co/SiO2，载体为SiO2，活性组分为Co3O4，其中，活性组分的百分含量为50%，按如下方法制备：
（1）称取3g SiO2载体；
（2）根据SiO2的质量和Co3O4的负载量50%计算所需前驱体六水合硝酸钴的质量，称取5.46g六水合硝酸钴，溶于75ml去离子水中；
（3）将步骤（1）称取的SiO2载体浸渍于步骤（2）中的六水合硝酸钴溶液中，过夜浸渍；
（4）配制0.5mol/L的碳酸钠水溶液；
（6）80℃搅拌条件下，向步骤（3）中浸渍好前驱体的载体中逐滴加入步骤（4）中配制的碳酸钠溶液，调节pH至9左右，继续搅拌2h；
（7）得到的沉淀过滤，用去离子水洗涤，并于60℃条件下过夜干燥；
（8）将步骤（7）中得到的干燥前驱体研磨成细粉，于500℃条件下焙烧4h，得50%Co/SiO2催化剂。
5.根据权利要求1和2所述的用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂，其特征在于，催化剂为50%CoMn/SiO2，载体为SiO2，活性组分为Co3O4/MnO2中的两种，其中，以活性组分Co3O4和MnO2与载体SiO2的质量比计，活性组分的百分含量为50%，按如下方法制备：
（1）称取3g SiO2载体；
（2）根据SiO2的质量和Co3O4和MnO2的负载量50%计算所需前驱体六水合硝酸钴，50%硝酸锰溶液的质量，称取2.73g六水合硝酸钴和3.09g 50%的硝酸锰溶液，溶于75ml去离子水中；
（3）将步骤（1）称取的SiO2载体浸渍于步骤（2）中的六水合硝酸钴和硝酸锰的混合溶液中，过夜浸渍；
（4）配制0.5mol/L的碳酸钠水溶液；
（6） 80 ℃搅拌条件下，向步骤（3）中浸渍好前驱体的载体中逐滴加入步骤（4）中配制的碳酸钠溶液，调节pH至9左右，继续搅拌2h；
（7）得到的沉淀过滤，用去离子水洗涤，并于60℃条件下过夜干燥；
（8）将步骤（7）中得到的干燥前驱体研磨成细粉，于500℃条件下焙烧4h，得50%CoMn/SiO2催化剂。
6.根据权利要求1和2所述的用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂，其特征在于，催化剂为50%Co/TiO2，载体为TiO2，活性组分为Co3O4，其中，以活性组分Co3O4与载体TiO2的质量比计，活性组分的百分含量为50%，按如下方法制备：
（1）称取3g TiO2载体；
（2）根据所称TiO2的质量和Co3O4的负载量50%计算所需前驱体六水合硝酸钴的质量称取5.46g六水合硝酸钴，溶于75ml去离子水中；
（3）将步骤（1）称取的TiO2载体浸渍于步骤（2）中的六水合硝酸钴溶液中，过夜浸渍；
（4）配制0.5mol/L的碳酸钠水溶液；
（6） 80℃搅拌条件下，向步骤（3）中浸渍好前驱体的载体中逐滴加入步骤（4）中配制的碳酸钠溶液，调节pH至9左右，继续搅拌2h；
（7）得到的沉淀过滤，用去离子水洗涤，并于60℃条件下过夜干燥；
（8）将步骤（7）中得到的干燥前驱体研磨成细粉，于500℃条件下焙烧4h，得50%Co/TiO2催化剂。
7.一种根据权利要求1至6任一项所述的用于总烃中非甲烷总烃去除的催化剂的应用，其特征在于，用于催化氧化法测非甲烷总烃的检测设备中，检测非甲烷总烃。
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