CN110124689A - 一种用于餐厨垃圾发酵尾气净化的催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于餐厨垃圾发酵尾气净化的催化剂及其制备方法,该催化剂由载体和活性组分组成,载体为V2O5‑CeVO4,活性组分是Pd和Co3O4,Pd质量百分含量为载体的1wt.%,Co3O4质量百分含量为载体的1~5wt.%。载体通过将NH4VO3和Ce2(CO3)3机械混合,研磨、焙烧制得,活性组分采用浸渍法分步负载。该催化剂能够在320℃下使餐厨垃圾发酵尾气的转化率大于98%,而且催化剂制作工艺十分简单,活性高,稳定性良好,不易失活,能重复利用,应用范围也比较广泛。
Description
技术领域
本发明涉及废气净化的催化剂及其制备方法,特别涉及一种用于餐厨垃圾发酵尾气净化催化剂及其制备方法。
背景技术
餐厨垃圾是人类日常生活中每天都要产生的废弃物,主要成分包括淀粉类食物、动物蛋白、脂肪、植物纤维等物质,易腐烂发臭。对于餐厨垃圾的处理,发酵处理是餐厨垃圾处理发展的方向。餐厨垃圾发酵处理过程会产生有机废气和恶臭,发酵尾气中主要的是未被利用的空气,还有生产菌在初级代谢和次级代谢中的各种中间物和产物,以及发酵过程中产生的酸碱废气。这些废气一般含有丙酮、丁酯、丁醇、乙酸乙酯、苯、甲苯、二甲苯、甲醇、正丙醇、二氯甲烷、四氢呋喃类、醚类等VOCs废气,直接排放会对环境造成极大的危害。因此,通过催化燃烧技术将发酵尾气中的有害物质销毁是非常有效的办法。
催化燃烧是多相催化反应中的完全氧化反应,使燃气和空气在催化剂表面进行非均相反应。在催化燃烧过程中,催化剂的作用是降低燃料的起燃温度,并加深其氧化程度,使有机物在较低的起燃温度条件下发生无焰燃烧,并氧化分解为燃烧最终产物CO2和H2O,且放出大量热量,同时使反应物分子富集于催化剂表面,以提高反应速率、提高燃料利用率。因此,催化燃烧具有热效率高、污染物排放水平低的优势。
通过催化燃烧技术销毁发酵尾气中的有害物质及其恶臭,实现清洁排放,关键是催化剂的性能。因此,如何开发高性能的催化剂,是该领域研究的重点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种活性高、稳定性高的一种用于餐厨垃圾发酵尾气净化的催化剂及其制备方法。其核心是,通过优化催化剂活性成分和催化剂制备工艺,以提高催化剂的性能。
为解决上述技术问题,本发明采取的技术方案为:
一种用于餐厨垃圾发酵尾气净化的催化剂,该催化剂由载体和活性组分组成,载体为V2O5-CeVO4,活性组分是Pd和Co3O4,Pd质量百分含量为载体的1wt.%,Co3O4质量百分含量为载体的1~5wt.%,活性组分采用浸渍法分步负载。
一种用于餐厨垃圾发酵尾气净化的Pd/Co3O4/V2O5-CeVO4催化剂的制备方法,采用机械混合和浸渍法相结合,具体步骤如下:
(1)V2O5-CeVO4载体的制备:
按V与Ce按摩尔比3:2,称取NH4VO3和Ce2(CO3)3,机械混合,研磨,然后在600℃空气气氛焙烧4小时,V与Ce按照化学计量生成CeVO4,过量的V生成V2O5,得到V2O5-CeVO4载体。
(2)Co3O4/V2O5-CeVO4的制备:
按Co3O4质量百分含量为V2O5-CeVO4载体1~5wt.%,称取Co(NO3)2·6H2O加水溶解,然后将Co(NO3)2溶液加入到步骤(1)制得的V2O5-CeVO4载体中,通过浸渍把Co(NO3)2负载到V2O5-CeVO4载体上,然后120℃干燥,最后在500℃空气气氛焙烧4小时,得到Co3O4/V2O5-CeVO4。
(3)Pd/Co3O4/V2O5-CeVO4催化剂的制备:
按Pd质量百分含量为V2O5-CeVO4载体的1wt.%,吸取Pd(NO3)2溶液,然后将Pd(NO3)2溶液加入到步骤(2)制得的Co3O4/V2O5-CeVO4中,通过浸渍把Pd负载到Co3O4/V2O5-CeVO4上,然后120℃干燥,最后在500℃空气气氛焙烧4小时,得到Pd/Co3O4/V2O5-CeVO4催化剂。
本发明催化剂通过采用V2O5-CeVO4复合材料为载体,Pd和Co3O4为催化剂活性组分,实现了能够在较低温度(320℃)下餐厨垃圾发酵尾气的转化率大于98%,而且催化剂制作工艺十分简单,活性高,稳定性良好,不易失活,能实现催化剂的重复利用,应用范围也比较广泛。
具体实施方式
下面对本发明通过结合实施例进一步详细说明。但具体实施范围不限于所举例子。
实施例1:
一种用于餐厨垃圾发酵尾气净化的催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)V2O5-CeVO4载体的制备:
按V与Ce摩尔比3:2,称取35.1g NH4VO3和46.0g Ce2(CO3)3,机械混合,研磨,然后在600℃空气气氛焙烧4小时,V与Ce按照化学计量生成CeVO4,过量的V生成V2O5,得到V2O5-CeVO4载体。
(2)Co3O4/V2O5-CeVO4的制备:
按照Co3O4质量百分含量为V2O5-CeVO4载体1wt.%,称取0.36g的Co(NO3)2·6H2O,加10ml水溶解,将Co(NO3)2溶液加入到10.0g V2O5-CeVO4载体中,通过浸渍把Co(NO3)2负载到V2O5-CeVO4载体上,然后120℃干燥,最后在500℃空气气氛焙烧4小时,得到Co3O4/V2O5-CeVO4。
(3)Pd/Co3O4/V2O5-CeVO4催化剂的制备:
按照Pd质量百分含量为V2O5-CeVO4载体的1wt.%,吸取0.01g/mL浓度的Pd(NO3)2溶液10mL,加入到上述(2)制得的Co3O4/V2O5-CeVO4,通过浸渍把Pd负载到Co3O4/V2O5-CeVO4上,然后120℃干燥,最后在500℃空气气氛焙烧4小时,得到Pd/Co3O4/V2O5-CeVO4催化剂。
(4)催化剂性能测试:
将制得的粉末催化剂,压片成型,粉碎后选择60-80目的颗粒,称取上述催化剂8.0g,装入内径为2.0mm的催化反应炉,通入餐厨垃圾发酵尾气,发酵尾气的流量为2500ml/min,分析不同反应温度下催化剂反应前后的TVOC浓度。催化剂性能以TVOC净化率为98.0%的最低反应温度T98来表示,催化反应性能见表1。
实施例2:
一种用于餐厨垃圾发酵尾气净化的催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)V2O5-CeVO4载体的制备与实施例1相同。
(2)Co3O4/V2O5-CeVO4的制备:
按照Co3O4质量百分含量为V2O5-CeVO4载体2wt.%,称取0.72g的Co(NO3)2·6H2O,加10ml水溶解,将Co(NO3)2溶液加入加入10.0g V2O5-CeVO4载体中,通过浸渍把Co(NO3)2负载到V2O5-CeVO4载体上,然后120℃干燥,最后在500℃空气气氛焙烧4小时,得到Co3O4/V2O5-CeVO4。
(3)Pd/Co3O4/V2O5-CeVO4催化剂的制备与实施例1相同。
(4)催化剂性能测试与实施例1相同,催化反应性能见表1。
实施例3:
一种用于餐厨垃圾发酵尾气净化的催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)V2O5-CeVO4载体的制备与实施例1相同。
(2)Co3O4/V2O5-CeVO4的制备:
按照Co3O4质量百分含量为V2O5-CeVO4载体3wt.%,称取1.08g的Co(NO3)2·6H2O,加10ml水溶解,将Co(NO3)2溶液加入到10.0g V2O5-CeVO4载体中,通过浸渍把Co(NO3)2负载到V2O5-CeVO4载体上,然后120℃干燥,最后在500℃空气气氛焙烧4小时,得到Co3O4/V2O5-CeVO4。
(3)Pd/Co3O4/V2O5-CeVO4催化剂的制备与实施例1相同。
(4)催化剂性能测试与实施例1相同,催化反应性能见表1。
实施例4:
一种用于餐厨垃圾发酵尾气净化的催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)V2O5-CeVO4载体的制备与实施例1相同。
(2)Co3O4/V2O5-CeVO4的制备:
按照Co3O4质量百分含量为V2O5-CeVO4载体4wt.%,称取1.44g的Co(NO3)2·6H2O,加10ml水溶解,将Co(NO3)2溶液加入到10.0g V2O5-CeVO4载体中,通过浸渍把Co(NO3)2负载到V2O5-CeVO4载体上,然后120℃干燥,最后在500℃空气气氛焙烧4小时,得到Co3O4/V2O5-CeVO4。
(3)Pd/Co3O4/V2O5-CeVO4催化剂的制备与实施例1相同。
(4)催化剂性能测试与实施例1相同,催化反应性能见表1。
实施例5:
一种用于餐厨垃圾发酵尾气净化的催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)V2O5-CeVO4载体的制备与实施例1相同。
(2)Co3O4/V2O5-CeVO4的制备:
按照Co3O4质量百分含量为V2O5-CeVO4载体5wt.%,称取1.80g的Co(NO3)2·6H2O,加10ml水溶解,将Co(NO3)2溶液加入到10.0g V2O5-CeVO4载体中,通过浸渍把Co(NO3)2负载到V2O5-CeVO4载体上,然后120℃干燥,最后在500℃空气气氛焙烧4小时,得到Co3O4/V2O5-CeVO4。
(3)Pd/Co3O4/V2O5-CeVO4催化剂的制备与实施例1相同。
(4)催化剂性能测试与实施例1相同,催化反应性能见表1。
对比例1:
(1)V2O5-CeVO4载体的制备与实施例1相同。
(2)Pd/V2O5-CeVO4催化剂的制备:
按照Pd质量百分含量为V2O5-CeVO4载体的1wt.%,吸取0.01g/mL浓度的Pd(NO3)2溶液10mL,加入到上述(1)制得的10g V2O5-CeVO4,然后120℃干燥,最后在500℃空气气氛焙烧4小时,得到Pd/V2O5-CeVO4催化剂。
(3)催化剂性能测试与实施例1相同,催化反应性能见表1。
对比例2:
(1)CeVO4载体的制备:
将V与Ce按摩尔比1:1,称取23.4g NH4VO3和46.0g Ce2(CO3)3,机械混合,研磨,然后在600℃空气气氛焙烧4小时,V与Ce按照化学计量生成CeVO4得到CeVO4载体。
(2)Co3O4/CeVO4的制备:
按照Co3O4质量百分含量为CeVO4载体1wt.%,称取0.36g的Co(NO3)2·6H2O,加10ml水溶解,将Co(NO3)2溶液加入到10.0g CeVO4载体中,然后120℃干燥,最后在500℃空气气氛焙烧4小时,得到Co3O4/CeVO4。
(3)Pd/Co3O4/CeVO4催化剂的制备:
按照Pd质量百分含量为CeVO4载体的1wt.%,吸取0.01g/mL浓度的Pd(NO3)2溶液10mL,加入到上述(2)制得的Co3O4/CeVO4,然后120℃干燥,最后在500℃空气气氛焙烧4小时,得到Pd/Co3O4/CeVO4催化剂。
(4)催化剂性能测试与实施例1相同,催化反应性能见表1。
表1:实施例和对比例催化剂对餐厨垃圾发酵尾气净化的T98反应温度
催化剂 | T<sub>98</sub>(℃) |
实施例1 | 320 |
实施例2 | 310 |
实施例3 | 300 |
实施例4 | 305 |
实施例5 | 315 |
对比例1 | 360 |
对比例2 | 355 |
从表1可见,实施例1-5中催化剂对餐厨垃圾发酵尾气的净化性能,随着Co3O4负载量的增大,催化性能先升高后降低,说明Co3O4的存在促进了催化剂对餐厨垃圾发酵尾气的净化性能,而且Co3O4的促进作用存在最大值。实施例3催化剂的活性最高,在300℃的反应温度,餐厨垃圾发酵尾气净化率可实现98%。
Claims (2)
1.一种用于餐厨垃圾发酵尾气净化的催化剂,其特征在于:该催化剂由载体和活性组分组成,载体为V2O5-CeVO4,活性组分是Pd和Co3O4,Pd质量百分含量为载体的1wt.%,Co3O4质量百分含量为载体的1~5wt.%,活性组分采用浸渍法分步负载。
2.权利要求1所述催化剂的制备方法,其特征在于:该制备方法采用机械混合和浸渍法相结合,包括如下步骤:
(1)V2O5-CeVO4载体的制备:
按V与Ce按摩尔比3:2,称取NH4VO3和Ce2(CO3)3,机械混合,研磨,然后在600℃空气气氛焙烧4小时,得到V2O5-CeVO4载体;
(2)Co3O4/V2O5-CeVO4的制备:
按Co3O4质量百分含量为V2O5-CeVO4载体1~5wt.%,称取Co(NO3)2·6H2O加水溶解,然后将Co(NO3)2溶液加入到步骤(1)制得的V2O5-CeVO4载体中,通过浸渍把Co(NO3)2负载到V2O5-CeVO4载体上,然后120℃干燥,最后在500℃空气气氛焙烧4小时,得到Co3O4/V2O5-CeVO4;
(3)Pd/Co3O4/V2O5-CeVO4催化剂的制备:
按Pd质量百分含量为V2O5-CeVO4载体的1wt.%,吸取Pd(NO3)2溶液,然后将Pd(NO3)2溶液加入到步骤(2)制得的Co3O4/V2O5-CeVO4中,通过浸渍把Pd负载到Co3O4/V2O5-CeVO4上,然后120℃干燥,最后在500℃空气气氛焙烧4小时,得到Pd/Co3O4/V2O5-CeVO4催化剂。
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GR01 | Patent grant | ||
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