CN111282581A - 一种低温低含量co催化燃烧催化剂组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于催化剂领域,具体涉及一种低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物及其制备方法，以多孔活性氧化铝为活性载体，以氧化铜、氧化锌和二氧化锰为活性成分，并提供了具体的制备方法。本发明解决了现有燃烧催化剂催化效果不佳的问题，利用活性氧化铝的吸附性，形成局部富氧体系，从而促进燃烧，达到低温燃烧催化的效果。

Description

一种低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于催化剂领域,具体涉及一种低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物及其制备方法。
背景技术
催化燃烧工艺（RCO），是近几年年内发展起来的新技术，净化率高，适应性强，能耗在燃烧法中特别低，无二次污染。RCO 是一种新的催化技术，它具有RTO回收能量效率高的特点和催化反应的低温工作的优点。该技术在流化床催化上得到广泛的应用，特别是低温催化燃烧工艺，然而，低温催化燃烧工艺基于其本身的燃烧温度较低，极易造成有机燃烧不充分，产生大量的一氧化碳气体，因此，工艺中需要一种降低CO含量的催化剂来辅助，减少CO排放量。
催化燃烧催化剂通常为蜂窝陶瓷型结构，即采用蜂窝陶瓷作为基体，涂覆载体涂层，然后再负载催化剂活性组分。催化燃烧的效果如何，与催化剂涂层和基体的结合强度密切相关，如果涂层与基体的结合强度低，则涂层在高空速气流的冲刷及热冲击下容易龟裂、剥落，造成催化剂的失活。因此，涂层与基体紧密结合是保证催化剂长期稳定运行的关键。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物，解决了现有燃烧催化剂催化效果不佳的问题，利用活性氧化铝的吸附性，形成局部富氧体系，从而促进燃烧，达到低温燃烧催化的效果。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物，以多孔活性氧化铝为活性载体，以氧化铜、氧化锌和二氧化锰为活性成分。
一种低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将氢氧化铝加入至无水乙醇搅拌均匀，然后加入聚乙烯吡咯烷酮低温超声分散10-20min，得到分散悬浊液；所述氢氧化铝在无水乙醇中的浓度为100-150g/L，搅拌均匀的速度为1000-2000r/min，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是氢氧化铝质量的30-60%，低温超声分散的温度为10-15℃，超声频率为50-80kHz；
步骤2，将分散悬浊液进行减压蒸馏，形成粘稠浆料，然后放入模具中恒温恒压反应2-5h，形成预制载体；减压蒸馏的压力为大气压的70-80%，温度为80-90℃，恒温恒压反应的温度为100-110℃，压力为5-10MPa；
步骤3，将预制载体加入至无水乙醇中低温微波反应2-4h，洗涤烘干后得到多孔发泡体；低温微波反应的温度为1-9℃，微波功率为300-500W，洗涤采用无水乙醇，烘干温度为80-90℃；
步骤4，将乙酸锌、乙酸钯、乙酸铜和乙酸锰加入至无水乙醇中搅拌均匀，形成稳定溶解液，然后均匀喷洒在多孔发泡体表面，恒温烘干得到镀膜发泡体；所述乙酸锌在无水乙醇中的浓度为100-120g/L，所述乙酸钯的加入量是乙酸锌质量的40-70%，所述乙酸铜的加入量是乙酸锌质量的120-150%，所述乙酸锰的加入量是乙酸锌质量的150-180%，搅拌速度为1000-2000r/min，喷洒量为5-10mL/cm2，恒温烘干的温度为140-160℃；
步骤5，将多孔发泡体放入含氧环境中静置2-3h，取出后放入反应釜中烧结反应2-5h，得到催化剂；所述含氧环境的含氧量为30-50%，温度为20-30℃，烧结的温度为200-300℃。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明解决了现有燃烧催化剂催化效果不佳的问题，利用活性氧化铝的吸附性，形成局部富氧体系，从而促进燃烧，达到低温燃烧催化的效果。
2.本发明利用活性氧化铝的含氧特性，与温度配合，将金属盐转化为金属氧化物，从而形成以氧化钯为核心，以氧化锌、氧化铜和氧化锰为辅助的组合催化剂。
具体实施方式
结合实施例详细说明本发明，但不对本发明的权利要求做任何限定。
一种低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物，以多孔活性氧化铝为活性载体，以氧化钯为中心活性成分，以氧化铜、氧化锌和二氧化锰为辅助活性成分。
一种低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将氢氧化铝加入至无水乙醇搅拌均匀，然后加入聚乙烯吡咯烷酮低温超声分散10-20min，得到分散悬浊液；所述氢氧化铝在无水乙醇中的浓度为100-150g/L，搅拌均匀的速度为1000-2000r/min，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是氢氧化铝质量的30-60%，低温超声分散的温度为10-15℃，超声频率为50-80kHz；氢氧化铝在无水乙醇中具有良好的不溶性，能够形成悬浊体系，同时，聚乙烯吡咯烷酮具有良好的醇溶性，当加入聚乙烯吡咯烷酮时，作为分散剂的聚乙烯吡咯烷酮快速作用至氢氧化铝表面，形成分散均匀的悬浊液；
步骤2，将分散悬浊液进行减压蒸馏，形成粘稠浆料，然后放入模具中恒温恒压反应2-5h，形成预制载体；减压蒸馏的压力为大气压的70-80%，温度为80-90℃，恒温恒压反应的温度为100-110℃，压力为5-10MPa；在80-90℃条件下进行减压蒸馏反应，将无水乙醇转化为乙醇蒸汽去除，将分散悬浊液转化为粘稠浆料，在粘稠浆料中，聚乙烯吡咯烷酮不仅起到分散作用，同时能够作为良好的粘结剂，将氢氧化铝粘结起来，同时乙醇蒸汽回收转化为无水乙醇，用于其他步骤；在恒温恒压条件下粘稠浆液中的无水乙醇持续蒸发，形成干燥物，基于粘稠浆液利用聚乙烯吡咯烷酮的粘稠性，形成良好的粘结效果，确保氢氧化铝能够粘结在一起，并且在压力条件下形成框架结构；
步骤3，将预制载体加入至无水乙醇中低温微波反应2-4h，洗涤烘干后得到多孔发泡体；低温微波反应的温度为1-9℃，微波功率为300-500W，洗涤采用无水乙醇，烘干温度为80-90℃；低温微波的方式能够形成低功率振动体系，将氢氧化铝周边的聚乙烯吡咯烷酮析出，然后溶解在无水乙醇中，达到溶解去除的效果，溶解聚乙烯吡咯烷酮的无水乙醇中加入氢氧化铝后，能够替代步骤1中的分散悬浊液的制备，实现了聚乙烯吡咯烷酮的循环使用；
步骤4，将乙酸锌、乙酸钯、乙酸铜和乙酸锰加入至无水乙醇中搅拌均匀，形成稳定溶解液，然后均匀喷洒在多孔发泡体表面，恒温烘干得到镀膜发泡体；所述乙酸锌在无水乙醇中的浓度为100-120g/L，所述乙酸钯的加入量是乙酸锌质量的40-70%，所述乙酸铜的加入量是乙酸锌质量的120-150%，所述乙酸锰的加入量是乙酸锌质量的150-180%，搅拌速度为1000-2000r/min，喷洒量为5-10mL/cm2，恒温烘干的温度为140-160℃，乙酸锌、乙酸钯、乙酸铜和乙酸锰溶解在乙醇中，并形成均匀的分散，得到稳定的溶解液，然后均匀喷洒在多孔发泡体表面，恒温烘干，将无水乙醇快速蒸发，同时氢氧化铝在该温度下转化为氧化铝，形成活性氧化铝；
步骤5，将多孔发泡体放入含氧环境中静置2-3h，取出后放入反应釜中烧结反应2-5h，得到催化剂；所述含氧环境的含氧量为30-50%，温度为20-30℃，烧结的温度为200-300℃；多孔发泡体在含氧环境下静置，利用活性氧化铝本身的多孔特性与吸附特性，将氧气充分吸附，形成多氧体系，然后在烧结过程中，内部的氧气能够在温度作用下将乙酸锌、乙酸钯、乙酸铜和乙酸锰转化为氧化锌、氧化钯、氧化铜和氧化锰。
该催化剂能够有效的利用氧化铝进行氧气吸附，形成稳定的富氧环境，在温度作用下，氧化锌、乙酸钯、氧化铜和氧化锰形成的复合催化剂起到良好的催化效果，配合富氧体系，达到充分燃烧的效果。
实施例1
一种低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物，以多孔活性氧化铝为活性载体，以氧化铜、氧化锌和二氧化锰为活性成分。
一种低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将氢氧化铝加入至无水乙醇搅拌均匀，然后加入聚乙烯吡咯烷酮低温超声分散10min，得到分散悬浊液；所述氢氧化铝在无水乙醇中的浓度为100g/L，搅拌均匀的速度为1000r/min，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是氢氧化铝质量的30%，低温超声分散的温度为10℃，超声频率为50kHz；
步骤2，将分散悬浊液进行减压蒸馏，形成粘稠浆料，然后放入模具中恒温恒压反应2h，形成预制载体；减压蒸馏的压力为大气压的70%，温度为80℃，恒温恒压反应的温度为100℃，压力为5MPa；
步骤3，将预制载体加入至无水乙醇中低温微波反应2h，洗涤烘干后得到多孔发泡体；低温微波反应的温度为1℃，微波功率为300W，洗涤采用无水乙醇，烘干温度为80℃；
步骤4，将乙酸锌、乙酸钯、乙酸铜和乙酸锰加入至无水乙醇中搅拌均匀，形成稳定溶解液，然后均匀喷洒在多孔发泡体表面，恒温烘干得到镀膜发泡体；所述乙酸锌在无水乙醇中的浓度为100g/L，所述乙酸钯的加入量是乙酸锌质量的40%，所述乙酸铜的加入量是乙酸锌质量的120%，所述乙酸锰的加入量是乙酸锌质量的150%，搅拌速度为1000r/min，喷洒量为5mL/cm2，恒温烘干的温度为140℃；
步骤5，将多孔发泡体放入含氧环境中静置2h，取出后放入反应釜中烧结反应2h，得到催化剂；所述含氧环境的含氧量为30%，温度为20℃，烧结的温度为200℃。
实施例2
一种低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物，以多孔活性氧化铝为活性载体，以氧化铜、氧化锌和二氧化锰为活性成分。
一种低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将氢氧化铝加入至无水乙醇搅拌均匀，然后加入聚乙烯吡咯烷酮低温超声分散20min，得到分散悬浊液；所述氢氧化铝在无水乙醇中的浓度为150g/L，搅拌均匀的速度为2000r/min，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是氢氧化铝质量的60%，低温超声分散的温度为15℃，超声频率为80kHz；
步骤2，将分散悬浊液进行减压蒸馏，形成粘稠浆料，然后放入模具中恒温恒压反应5h，形成预制载体；减压蒸馏的压力为大气压的80%，温度为90℃，恒温恒压反应的温度为110℃，压力为10MPa；
步骤3，将预制载体加入至无水乙醇中低温微波反应4h，洗涤烘干后得到多孔发泡体；低温微波反应的温度为9℃，微波功率为500W，洗涤采用无水乙醇，烘干温度为90℃；
步骤4，将乙酸锌、乙酸钯、乙酸铜和乙酸锰加入至无水乙醇中搅拌均匀，形成稳定溶解液，然后均匀喷洒在多孔发泡体表面，恒温烘干得到镀膜发泡体；所述乙酸锌在无水乙醇中的浓度为120g/L，所述乙酸钯的加入量是乙酸锌质量的70%，所述乙酸铜的加入量是乙酸锌质量的150%，所述乙酸锰的加入量是乙酸锌质量的180%，搅拌速度为2000r/min，喷洒量为10mL/cm2，恒温烘干的温度为160℃；
步骤5，将多孔发泡体放入含氧环境中静置3h，取出后放入反应釜中烧结反应5h，得到催化剂；所述含氧环境的含氧量为50%，温度为30℃，烧结的温度为300℃。
实施例3
一种低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物，以多孔活性氧化铝为活性载体，以氧化铜、氧化锌和二氧化锰为活性成分。
一种低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将氢氧化铝加入至无水乙醇搅拌均匀，然后加入聚乙烯吡咯烷酮低温超声分散15min，得到分散悬浊液；所述氢氧化铝在无水乙醇中的浓度为130g/L，搅拌均匀的速度为1500r/min，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是氢氧化铝质量的50%，低温超声分散的温度为13℃，超声频率为70kHz；
步骤2，将分散悬浊液进行减压蒸馏，形成粘稠浆料，然后放入模具中恒温恒压反应4h，形成预制载体；减压蒸馏的压力为大气压的75%，温度为85℃，恒温恒压反应的温度为105℃，压力为8MPa；
步骤3，将预制载体加入至无水乙醇中低温微波反应3h，洗涤烘干后得到多孔发泡体；低温微波反应的温度为5℃，微波功率为400W，洗涤采用无水乙醇，烘干温度为85℃；
步骤4，将乙酸锌、乙酸钯、乙酸铜和乙酸锰加入至无水乙醇中搅拌均匀，形成稳定溶解液，然后均匀喷洒在多孔发泡体表面，恒温烘干得到镀膜发泡体；所述乙酸锌在无水乙醇中的浓度为110g/L，所述乙酸钯的加入量是乙酸锌质量的60%，所述乙酸铜的加入量是乙酸锌质量的140%，所述乙酸锰的加入量是乙酸锌质量的170%，搅拌速度为1500r/min，喷洒量为8mL/cm2，恒温烘干的温度为150℃；
步骤5，将多孔发泡体放入含氧环境中静置3h，取出后放入反应釜中烧结反应4h，得到催化剂；所述含氧环境的含氧量为40%，温度为25℃，烧结的温度为250℃。
性能检测
以甲苯为燃烧基材，不同温度下的甲苯燃烧转化率。
Figure 688244DEST_PATH_IMAGE002
在反应过程未检测到CO的生成，甲苯完全反应转化为CO2；由此可知甲苯在催化剂可以全部转化为CO2，克服了现有技术中甲苯燃烧过程中产生CO导致二次污染的缺陷;同时，本催化剂有效的降低了燃烧温度。
综上所述，本发明具有以下优点：
1.本发明解决了现有燃烧催化剂催化效果不佳的问题，利用活性氧化铝的吸附性，形成局部富氧体系，从而促进燃烧，达到低温燃烧催化的效果。
2.本发明利用活性氧化铝的含氧特性，与温度配合，将金属盐转化为金属氧化物，从而形成以氧化钯为核心，以氧化锌、氧化铜和氧化锰为辅助的组合催化剂。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物，其特征在于：以多孔活性氧化铝为活性载体，以氧化铜、氧化锌和二氧化锰为活性成分。
2.一种低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，将氢氧化铝加入至无水乙醇搅拌均匀，然后加入聚乙烯吡咯烷酮低温超声分散10-20min，得到分散悬浊液；
步骤2，将分散悬浊液进行减压蒸馏，形成粘稠浆料，然后放入模具中恒温恒压反应2-5h，形成预制载体；
步骤3，将预制载体加入至无水乙醇中低温微波反应2-4h，洗涤烘干后得到多孔发泡体；
步骤4，将乙酸锌、乙酸钯、乙酸铜和乙酸锰加入至无水乙醇中搅拌均匀，形成稳定溶解液，然后均匀喷洒在多孔发泡体表面，恒温烘干得到镀膜发泡体；
步骤5，将多孔发泡体放入含氧环境中静置2-3h，取出后放入反应釜中烧结反应2-5h，得到催化剂。
3.根据权利要求2所述的低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的氢氧化铝在无水乙醇中的浓度为100-150g/L，搅拌均匀的速度为1000-2000r/min，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是氢氧化铝质量的30-60%，低温超声分散的温度为10-15℃，超声频率为50-80kHz。
4.根据权利要求2所述的低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的减压蒸馏的压力为大气压的70-80%，温度为80-90℃，恒温恒压反应的温度为100-110℃，压力为5-10MPa。
5.根据权利要求2所述的低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的低温微波反应的温度为1-9℃，微波功率为300-500W，洗涤采用无水乙醇，烘干温度为80-90℃。
6.根据权利要求2所述的低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物的制备方法，其特征在于：所述步骤4中的乙酸锌在无水乙醇中的浓度为100-120g/L，所述乙酸钯的加入量是乙酸锌质量的40-70%，所述乙酸铜的加入量是乙酸锌质量的120-150%，所述乙酸锰的加入量是乙酸锌质量的150-180%，搅拌速度为1000-2000r/min，喷洒量为5-10mL/cm2，恒温烘干的温度为140-160℃。
7.根据权利要求2所述的低温低含量CO催化燃烧催化剂组合物的制备方法，其特征在于：所述步骤5中的含氧环境的含氧量为30-50%，温度为20-30℃，烧结的温度为200-300℃。
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