CN111939904B - 处理工业废气中苯类物质的催化材料、催化剂以及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种处理工业废气中苯类物质的催化材料，在活性氧化铝颗粒外层包裹一层铝酸铈，在催化材料中，铝酸铈的质量含量为5wt%~15wt%，活性氧化铝的质量含量为85wt%~95wt%。一种处理工业废气中苯类物质的催化剂，在活性氧化铝颗粒外层包裹一层铝酸铈而形成催化材料，在催化材料中，铝酸铈的质量含量为5wt%~15wt%，活性氧化铝的质量含量为85wt%~95wt%，在铝酸铈的外层负载催化材料质量0.1%~5%的活性催化组分Pt。本发明的催化剂贵金属用量低，苯类污染物转化效率高、抗高温老化和中毒能力强、成本较低。

Description

处理工业废气中苯类物质的催化材料、催化剂以及制备方法
技术领域
本发明涉及一种催化剂材料制备技术领域，具体地说是一种处理工业废气中苯类物质的催化材料、催化剂以及制备方法。
背景技术
工业苯系大气污染物主要来源为油漆、印刷、纺织、医药、农药、喷涂、漆包线生产等行业的工厂排放。苯系有机化合物具有剧毒，对人体危害极大，对水和空气也可造成污染，并且降解难度大。
目前国内外处理工业苯系物废气主要采用化学氧化法，氧化燃烧成无毒无害的二氧化碳和水。燃烧法又分为高温直接燃烧(RTO)和催化燃烧(RCO)两种路线。由于高温燃烧会产生NOx和二噁英等污染物造成二次污染，所以越来越多的处理设备采用催化燃烧的方法，催化燃烧不仅能降低燃烧的温度，还可以进行热量回收，节能减排，并且避免二次污染。催化剂在催化燃烧中起到了重要的作用。常规处理苯系污染物工业废气的催化剂主要使用单Pd或者Pt-Pd催化剂，现阶段Pd价格远高于Pt的价格，并且容易S，P，Mn中毒，抗高温老化效果差。所以降低催化剂成本，提高催化剂的转化效率和提高催化剂的使用寿命是工业催化剂急需解决的问题。现有的单Pd催化剂对工业废气中苯系污染物的转化效率低，抗S、P、Mn中毒和抗高温能力差。而公开专利CN109261147A中涉及的Pt-Pd催化剂随着Pd价格的持续走高面临着价格成本的问题。
发明内容
本发明的目的之一是克服现有技术中存在的不足，提供一种催化剂贵金属用量低，转化效率高、抗老化和中毒能力强且成本较低的处理工业废气中苯类物质的催化材料及其制备方法。
本发明的另一目的是提供一种处理工业废气中苯类物质的催化剂及其制备方法。
按照本发明提供的技术方案，所述处理工业废气中苯类物质的催化材料，在活性氧化铝颗粒外层包裹一层铝酸铈，在催化材料中，铝酸铈的质量含量为5wt％～15wt％，活性氧化铝的质量含量为85wt％～95wt％。
作为优选，所述活性氧化铝为γ-Al2O3、θ-Al2O3、δ-Al2O3、La2O3-Al2O3或者BaO-Al2O3中的一种或几种。
一种处理工业废气中苯类物质的催化材料的制备方法包括以下步骤：
(1)、将活性氧化铝作为载体以初湿浸渍法在其外表面先浸渍可溶性铈盐和可溶性铝盐的混合溶液，静置2～10小时，80～120℃烘干；
(2)、将步骤(1)制得的样品投入到柠檬酸溶液，搅拌2～10小时后，抽滤，在80～120℃烘干，并于600～900℃焙烧2～5小时即得到一种表面负载铝酸铈的氧化铝催化材料。
作为优选，所述可溶性铈盐为醋酸铈、硝酸铈、硫酸铈或者氯化铈中的一种或几种，且在混合溶液中，铈元素的摩尔浓度为0.1～1mol/L。
作为优选，所述可溶性铝盐为硝酸铝、硫酸铝或者氯化铝中的一种或几种，且在混合溶液中，铝元素与铈元素的摩尔比为(1～2):1。
作为优选，柠檬酸和铝元素的摩尔比为(1～4):1。
一种处理工业废气中苯类物质的催化剂，在活性氧化铝颗粒外层包裹一层铝酸铈而形成催化材料，在催化材料中，铝酸铈的质量含量为5wt％～15wt％，活性氧化铝的质量含量为85wt％～95wt％，在铝酸铈的外层负载催化材料质量0.1％～5％的活性催化组分Pt。
一种处理工业废气中苯类物质的催化剂的制备方法包括以下步骤：
(1)、将活性氧化铝作为载体以初湿浸渍法在其外表面先浸渍可溶性铈盐和可溶性铝盐的混合溶液，静置2～10小时，80～120℃烘干；
(2)、将步骤(1)制得的样品投入到柠檬酸溶液，搅拌2～10小时后，抽滤，在80～120℃烘干，并于600～900℃焙烧2～5小时即得到一种表面负载铝酸铈的氧化铝催化材料；
(3)、取步骤(2)得到的表面负载铝酸铈的氧化铝催化材料并负载硝酸铂溶液，80～120℃烘干1～8小时，400～600℃焙烧1～4小时。
本发明的催化剂贵金属用量低，苯类污染物转化效率高、抗高温老化和中毒能力强、成本较低。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
(1)、称取醋酸铈水合物51.6g和硝酸铝水合物84.4g溶于364g水中，将500gCe-Al混合溶液(Ce的摩尔浓度为0.3mol/L，Al的摩尔浓度为0.45mol/L)采用初湿浸渍法到浸渍到500g活性氧化铝上，活性氧化铝为γ-Al2O3。静置2小时，并在120℃烘箱中烘干24小时备用；
(2)、将0.45mol的柠檬酸加入1000g去离子水中，搅拌溶解，加入烘干完的Ce-Al-γ-Al2O3粉体，继续搅拌4小时，抽滤，将得到的滤饼在120℃烘干24小时，并在850℃的马弗炉焙烧4小时，得到表面负载铝酸铈的氧化铝催化材料；
(3)、取得到的表面负载铝酸铈的氧化铝催化材料100g，负载5g硝酸铂溶液(浓度10％)，120℃烘干2小时，450℃焙烧2小时。
取5g含Pt催化剂粉体在800℃，含250ppm二氧化硫的管式炉中老化24小时备用。
实施例2
(1)、称取醋酸铈水合物103.2g和硝酸铝水合物168.8g溶于228g水中，将500gCe-Al混合溶液(Ce的摩尔浓度为0.6mol/L，Al的摩尔浓度为0.9mol/L)采用初湿浸渍法到浸渍到500g活性氧化铝上，活性氧化铝为γ-Al2O3。静置2小时，并在120℃烘箱中烘干24小时备用；
(2)、将0.9mol的柠檬酸加入1000g去离子水中，搅拌溶解，加入烘干完的Ce-Al-γ-Al2O3粉体，继续搅拌4小时，抽滤，将得到的滤饼在120℃烘干24小时，并在850℃的马弗炉焙烧4小时，得到表面负载铝酸铈的氧化铝催化材料；
(3)、取得到的表面负载铝酸铈的氧化铝催化材料100g，负载5g硝酸铂溶液(浓度10％)，120℃烘干2小时，450℃焙烧2小时。
取5g含Pt催化剂粉体在800℃，含250ppm二氧化硫的管式炉中老化24小时备用。
对比例1
(1)、称取醋酸铈水合物51.6g和硝酸铝水合物84.4g溶于364g水中，将500gCe-Al混合溶液(Ce的摩尔浓度为0.3mol/L，Al的摩尔浓度为0.45mol/L)采用初湿浸渍法到浸渍到500g活性氧化铝上，活性氧化铝为γ-Al2O3。静置2小时，并在120℃烘箱中烘干24小时备用。
(2)、将0.45mol的柠檬酸加入1000g去离子水中，搅拌溶解，加入烘干完的Ce-Al-γ-Al2O3粉体，继续搅拌4小时，抽滤，将得到的滤饼在120℃烘干24小时，并在850℃的马弗炉焙烧4小时，得到表面负载铝酸铈的氧化铝催化材料。
(3)、取得到的表面负载铝酸铈的氧化铝催化材料100g，负载5g硝酸钯溶液(浓度10％)，120℃烘干2小时，450℃焙烧2小时。
取5g含Pd催化剂粉体在800℃，含250ppm二氧化硫的管式炉中老化24小时备用。
对比例2
取γ-Al2O3材料100g，负载5g硝酸钯溶液(浓度10％)，120℃烘干2小时，450℃焙烧2小时。
取5g含Pd催化剂粉体在800℃，含250ppm二氧化硫的管式炉中老化24小时备用。
对比例3
取γ-Al2O3材料100g，负载5g硝酸铂溶液(浓度10％)，120℃烘干2小时，450℃焙烧2小时。
取5g含Pt催化剂粉体在800℃，含250ppm二氧化硫的管式炉中老化24小时备用。
将实施例1、实施例2和对比例1至对比例3制备得到的催化剂粉末各取1g(40-60目)，分别加入40-60目的石英砂1g，均匀混合后，放入反应管中，采用固定床自换热反应器。评价条件为：固定反应床温度为350℃，甲苯初始浓度为1000ppm，其余为空气，气体流速为5L/min。得到实验数据如催化剂性能参数表1所示：
表1
Figure BDA0002629746900000041
如表1所示，采用实施例1和2表面负载铝酸铈的氧化铝作为贵金属Pt的载体后，经过高温硫老化以后，催化剂还能表现出较高的甲苯催化性能。而采用对比例1和2用贵金属Pd作为活性催化剂，经过硫老化以后，形成了无催化活性的PdS，催化剂活性大大降低，同样的对比例3采用γ-Al2O3但没有包覆铝酸铈，缺少Pt-Ce的活性位，经过高温老化后，催化性能也有所降低。

Claims (6)

1.一种处理工业废气中苯类物质的催化剂，其特征是：在活性氧化铝颗粒外层包裹一层铝酸铈而形成催化材料，在催化材料中，铝酸铈的质量含量为5wt%~15wt%，活性氧化铝的质量含量为85wt%~95wt%，在铝酸铈的外层负载催化材料质量0.1%~5%的活性催化组分Pt。
2.权利要求1所述的处理工业废气中苯类物质的催化剂的制备方法，其特征是该制备方法包括以下步骤：
（1）、将活性氧化铝作为载体以初湿浸渍法在其外表面先浸渍可溶性铈盐和可溶性铝盐的混合溶液，静置2 ~ 10小时，80~120℃烘干；
（2）、将步骤（1）制得的样品投入到柠檬酸溶液，搅拌2 ~ 10小时后，抽滤，在80~120℃烘干，并于600~900℃焙烧2 ~ 5小时即得到一种表面负载铝酸铈的氧化铝催化材料；
（3）、取步骤（2）得到的表面负载铝酸铈的氧化铝催化材料并负载硝酸铂溶液，80~120℃烘干1~8小时，400~600℃焙烧1~4小时。
3.根据权利要求2所述的处理工业废气中苯类物质的催化剂的制备方法，其特征是：所述活性氧化铝为γ-Al2O3、θ-Al2O3、δ-Al2O3、La2O3-Al2O3或者BaO-Al2O3中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的处理工业废气中苯类物质的催化剂的制备方法，其特征是：所述可溶性铈盐为醋酸铈、硝酸铈、硫酸铈或者氯化铈中的一种或几种，且在混合溶液中，铈元素的摩尔浓度为0.1~1mol/L。
5.根据权利要求2所述的处理工业废气中苯类物质的催化剂的制备方法，其特征是：所述可溶性铝盐为硝酸铝、硫酸铝或者氯化铝中的一种或几种，且在混合溶液中，铝元素与铈元素的摩尔比为(1~2):1。
6.根据权利要求2所述的处理工业废气中苯类物质的催化剂的制备方法，其特征是：柠檬酸和铝元素的摩尔比为(1~4):1。
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