CN112642429B - 浸渍液及其制备方法和催化剂及其制备方法和应用以及废气的处理方法 - Google Patents

浸渍液及其制备方法和催化剂及其制备方法和应用以及废气的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及废气处理领域，公开了一种浸渍液及其制备方法和催化剂及其制备方法和应用以及废气的处理方法，该浸渍液包括：含钴化合物、IIIA族元素化合物、IVB族元素化合物、溶剂以及任选地分散剂，以氧化物计的含钴化合物的含量为0.05g/ml以上；以氧化物计的IIIA族元素化合物的含量为0.002g/ml以上；以氧化物计的IVB族元素化合物的含量为0.001g/ml以上。采用本发明提供的浸渍液制得催化剂，生产成本更低，活性高且稳定性好。

Description

浸渍液及其制备方法和催化剂及其制备方法和应用以及废气 的处理方法
技术领域
本发明涉及废气处理领域，具体涉及浸渍液及其制备方法和催化剂及其制备方法和应用以及废气的方法处理。
背景技术
石油化工生产过程中经常会产生含有挥发性有机物的废气，这些废气如果直接排放到大气中，会对大气环境造成极大的危害。多数挥发性有机物有异味，易引起人体病变甚至致癌；特别是含有卤素的挥发性有机废气，除了本身毒性大，还能与臭氧发生光化学反应，产生光化学烟雾，对地球环境产生极大破坏。催化燃烧法借助于催化剂的作用使操作温度降低到了280-450℃，能耗大大降低，操作安全、稳定，操作费用低，不产生氮氧化物，从而不产生二次污染。因此，催化燃烧法处理有机废气是一种较为理想的方法。
用于有机废气处理的催化剂常采用浸渍法制备，即采用含有所需活性组分的溶液浸渍载体的方法制备。例如：
CN104907067A公开了一种治理苯类废气的催化燃烧催化剂及其制备和应用，所述催化剂的制备方法如下：1)取有机钯盐和有机钌盐溶于有机溶剂中；2)将γ-Al2O3加入到步骤1)得到的溶液中，浸渍搅拌，并转移到旋转蒸发仪上蒸干，得到负载了有机钯盐和有机钌盐的γ-Al2O3；3)将步骤2)所得的负载了有机钯盐和有机钌盐的γ-Al2O3在400-600℃下焙烧，即得。
CN107376929A公开了一种催化燃烧催化剂及制备和应用，其特征在由活性氧化铝载体和负载于载体上的活性组分组成；其中所述的活性组分由氧化铜、氧化铬和CuCr2O4组成，活性组分中Cu与Cr的摩尔比为1：(0.5-4)；所述活性组分负载质量占活性氧化铝载体质量的5％-20％。该催化剂通过浸渍法制备得到。
CN103769085A公开了一种催化燃烧催化剂的制备方法，包括如下内容：以多孔惰性材料为载体，配制含贵金属活性元素水溶性化合物的溶液，并在该溶液中添加碱性溶质制得浸渍溶液，添加后使浸渍溶液的pH值为8.0-12.5，用该浸渍溶液浸渍载体，经过阴干、干燥和焙烧得到最终催化剂；浸渍后的阴干湿度为25％-75％，阴干温度为自然温度，即为15-40℃，阴干的时间为12-48小时。
CN108889307A公开了一种复合型非贵金属氧化物催化燃烧催化剂的制备方法及所制备催化剂的应用，该制备方法，包括以下步骤：A、溶液配制：将可溶性钴盐、铈盐、镧盐、锰盐与铜盐加入水中混匀，得到溶液；B、浸渍：将堇青石蜂窝陶瓷载体放入步骤A中得到的溶液中完全浸没，然后取出晾干；C、涂覆：将步骤A中得到的溶液涂覆于晾干后的堇青石蜂窝陶瓷载体表面，然后进行烘干、煅烧，即得产品。
现有技术可以通过浸渍法制备得到用于处理废气的催化燃烧催化剂，但现有技术一方面多使用贵金属，成本较高，另一方面催化剂的活性也有待于进一步提高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的催化燃烧催化剂成本高，且活性有待于进一步提高的问题，提供一种浸渍液及其制备方法和一种催化剂及其制备方法和该催化剂的应用以及一种废气的处理方法。采用本发明提供的浸渍液制得催化剂，生产成本更低，活性高且稳定性好。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种浸渍液，该浸渍液包括：含钴化合物、IIIA族元素化合物、IVB族元素化合物、溶剂以及任选地分散剂；
其中，以氧化物计的含钴化合物的含量为0.05g/ml以上；以氧化物计的IIIA族元素化合物的含量为0.002g/ml以上；以氧化物计的IVB族元素化合物的含量为0.001g/ml以上。
优选地，以氧化物计的含钴化合物的含量为0.05-0.2g/ml，优选为0.09-0.15g/ml。
优选地，以氧化物计的IIIA族元素化合物的含量为0.002-0.008g/ml，优选为0.003-0.008g/ml。
优选地，以氧化物计的IVB族元素化合物的含量为0.001-0.01g/ml，优选为0.002-0.01g/ml。
优选地，所述浸渍液的表面张力为60.5-68.5mN/m，进一步优选为65.2-67.2mN/m。
本发明第二方面提供一种上述浸渍液的制备方法，该方法包括：
将含钴化合物、IIIA族元素化合物、IVB族元素化合物、溶剂以及任选地分散剂混合；
优选地，该方法包括：
a)将含钴化合物与部分溶剂进行第一混合，得到第一溶液；
b)将IVB族元素化合物和剩余部分溶剂以及任选的分散剂进行第二混合，得到第二溶液；
c)将第一溶液和第二溶液进行第三混合，得到第三溶液；
d)将IIIA族元素化合物与第三溶液进行第四混合。
本发明第三方面提供一种催化剂的制备方法，该方法包括：采用上述的浸渍液对载体进行浸渍；将浸渍得到的固体产物进行焙烧。
本发明第四方面提供由上述制备方法制得的催化剂。
本发明第五方面提供上述催化剂在废气处理中的应用。
本发明第六方面提供一种废气的处理方法，该方法包括：在催化燃烧条件下，将含有有机物的废气与本发明提供的上述的催化剂进行接触。
优选地，所述催化燃烧条件包括：在含氧气氛下，温度为200-450℃，每克催化剂处理含有有机物的废气的量为5-50L/h。
优选地，所述有机物包括含溴有机物。
本发明提供的浸渍液采用钴元素、IIIA族元素、IVB族元素作为活性组组分，成本低。采用该浸渍液制备得到的催化剂用于废气的处理过程中，活性高，稳定性好。本发明催化剂的反应活性以氧化尾气组分完全转化的反应温度的高低作为评价标准，完全转化的温度越低，催化剂的性能越好。从本发明实施例结果可以看出，废气中有机物乙酸甲酯转化率达到99％时，温度可以低至285℃以下；有机物对二甲苯转化率达到99％时，温度可以低至305℃以下；有机物二溴甲烷转化率达到99％时，温度可以低至340℃以下。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种浸渍液，该浸渍液包括：含钴化合物、IIIA族元素化合物、IVB族元素化合物、溶剂以及任选地分散剂；
其中，以氧化物计的含钴化合物的含量为0.05g/ml以上；以氧化物计的IIIA族元素化合物的含量为0.002g/ml以上；以氧化物计的IVB族元素化合物的含量为0.001g/ml以上。
根据本发明提供的浸渍液，对于含钴化合物、IIIA族元素化合物、IVB族元素化合物的上限值选择范围较宽，以不析出为准。
根据本发明的一种优选实施方式，以氧化物计的含钴化合物的含量为0.05-0.2g/ml，进一步优选为0.09-0.15g/ml，例如为0.09g/ml、0.1g/ml、0.11g/ml、0.12g/ml、0.13g/ml、0.14g/ml、0.15g/ml，以及这些数值中的任意两个所构成的范围中的任意值。
在本发明中，无特殊说明情况下，组分的含量单位g/ml表示的是每毫升浸渍液含有具体组分的克数。例如，以氧化物计的含钴化合物的含量为0.05-0.2g/ml表示，每毫升浸渍液含有0.05-0.2克以氧化物计的含钴化合物。
本发明对所述含钴化合物的具体种类选择范围较宽，以能够提供钴元素且在所述含量范围内不析出为准，具体地，所述含钴化合物可以为钴盐。优选地，所述含钴化合物选自硝酸钴、氯化钴、乙酸钴和硫酸钴中的至少一种，进一步优选为硝酸钴和/或氯化钴。
根据本发明的一种优选实施方式，以氧化物计的IIIA族元素化合物的含量为0.002-0.008g/ml，进一步优选为0.003-0.008g/ml。例如为0.003g/ml、0.004g/ml、0.005g/ml、0.006g/ml、0.007g/ml、0.008g/ml，以及这些数值中的任意两个所构成的范围中的任意值。
根据本发明，优选地，所述IIIA族元素为B元素和/或Ga元素，更优选地，所述IIIA族元素为B元素和Ga元素。当所述IIIA族元素为B元素和Ga元素，本发明对浸渍液中B元素和Ga元素的含量选择较宽，优选地，以氧化物计的B元素化合物与以氧化物计的Ga元素化合物的质量比为1：(0.1-10)，进一步优选为1：(0.5-1)。
本发明对所述IIIA族元素化合物的具体种类选择范围较宽，以能够提供IIIA族元素(优选B元素和/或Ga元素)且在所述含量范围内不析出为准。
优选地，所述IIIA族元素化合物为硼酸、硝酸镓和氯化镓中的至少一种。
根据本发明，优选地，以氧化物计的IVB族元素化合物的含量为0.001-0.01g/ml，进一步优选为0.002-0.01g/ml，例如为0.002g/ml、0.003g/ml、0.004g/ml、0.005g/ml、0.006g/ml、0.007g/ml、0.008g/ml、0.009g/ml、0.01g/ml，以及这些数值中的任意两个所构成的范围中的任意值。
根据本发明，优选地，所述IVB族元素为Ti元素和/或Zr元素，更优选地，所述IVB族元素为Ti元素和Zr元素。当所述IVB族元素为Ti元素和Zr元素，本发明对浸渍液中Ti元素和Zr元素的含量选择较宽，优选地，以氧化物计的Ti元素化合物与以氧化物计的Zr元素化合物的质量比为1：(0.1-10)，进一步优选为1：(1-3)。
本发明对所述IVB族元素化合物的具体种类选择范围较宽，以能够提供IVB族元素(优选Ti元素和/或Zr元素)且在所述含量范围内不析出为准。具体地，所述IVB族元素化合物可以为IVB族元素的盐。优选地，所述IVB族元素化合物为四氯化钛、硝酸锆、氯氧化锆和氯化锆中的至少一种。
根据本发明提供的浸渍液，可以含有分散剂，也可以不含有分散剂，所述分散剂用于使得含钴化合物、IIIA族元素化合物、IVB族元素化合物更多地溶解于所述溶剂中。优选地，所述浸渍液中含有分散剂。
本发明对所述分散剂的选择范围较宽，能够使得上述含量的含钴化合物、IIIA族元素化合物、IVB族元素化合物溶于所述溶剂的物质均可用作本发明所述分散剂使用。优选地，所述分散剂为酸，更优选为无机酸，进一步优选为硝酸和/或盐酸。所述硝酸和盐酸可以各自独立地以酸液的形式引入。本发明对所述酸液的浓度没有特别的限定。
根据本发明的一种优选实施方式，所述分散剂的浓度为0.01-0.065g/ml，优选为0.02-0.04g/ml。
根据本发明，所述溶剂优选为水，例如可以为去离子水、蒸馏水或者纯水，优选为去离子水。
根据本发明，优选地，所述浸渍液的pH为0.6-1.4；优选0.85-1.25。
根据本发明，优选地，所述浸渍液的表面张力为60.5-68.5mN/m，优选为65.2-67.2mN/m。采用该种优选实施方式的浸渍液更有利于制备得到催化性能更好的催化剂。本发明中，所述浸渍液的表面张力可以通过表面张力仪测得。
本发明对上述浸渍液的制备方法没有特别的限定，只要能够得到上述浸渍液即可。本发明第二方面提供一种上述浸渍液的制备方法，该方法包括：
将含钴化合物、IIIA族元素化合物、IVB族元素化合物、溶剂以及任选地分散剂混合。
本发明对将含钴化合物、IIIA族元素化合物、IVB族元素化合物、溶剂以及任选地分散剂混合的具体实施方式没有特别的限定，只要能够使得含钴化合物、IIIA族元素化合物、IVB族元素化合物溶解于所述溶剂即可。
为了进一步提高浸渍液的性能，优选地，上述浸渍液的制备方法包括：
a)将含钴化合物与部分溶剂进行第一混合，得到第一溶液；
b)将IVB族元素化合物和剩余部分溶剂以及任选的分散剂进行第二混合，得到第二溶液；
c)将第一溶液和第二溶液进行第三混合，得到第三溶液；
d)将IIIA族元素化合物与第三溶液进行第四混合。
本发明所述“第一”、“第二”、“第三”、“第四”不对本发明的技术方案起到限定作用，仅是为了区分不同阶段进行的操作或者添加的物质。
本发明对所述步骤a)和步骤b)的先后顺序不做限定。
本发明对步骤a)和步骤b)中溶剂的用量比例没有特别的限定，只要满足使得含钴化合物和IVB族元素化合物分别溶解形成所述第一溶液和所述第二溶液即可。
根据本发明的一种优选实施方式，所述第二混合在超声条件下进行，进一步优选地，所述第二混合的条件包括：在20-40℃下超声0.05-0.15小时。
根据本发明的一种优选实施方式，所述第三混合的条件包括：温度为60-90℃，时间为0.2-0.5小时。具体地，所述第三混合可以在搅拌条件下进行，本发明对所述搅拌的转速没有特别的限定，可以按照本领域常规技术手段进行。
本发明第三方面提供一种催化剂的制备方法，该方法包括：采用上述的浸渍液对载体进行浸渍；将浸渍得到的固体产物进行焙烧。
本发明对所述浸渍的方式选择范围较宽，可以为本领域常规使用的各种浸渍方式，例如，可以为饱和浸渍，也可以为过饱和浸渍。所述饱和浸渍和高饱和浸渍的具体实施方式可以按照本领域常规技术手段进行。
根据本发明，优选地，所述浸渍的条件包括：在搅拌条件下进行，温度为50-100℃，时间为1-10小时，进一步优选地，温度为70-90℃，时间为2-6小时。
根据本发明，优选地，所述载体为耐热无机氧化物，进一步优选为氧化铝、氧化硅、氧化钛和氧化锆中的至少一种，更优选为氧化铝、氧化硅和氧化钛中的至少一种。
根据本发明，优选地，所述浸渍液和载体的用量使得制备得到的催化剂中，以催化剂的总量为基准，载体的含量为65-85重量％，优选为72-81重量％。本领域技术人员在本发明的基础上，可以知晓如何制备得到特定范围载体含量的催化剂。
根据本发明，优选地，所述焙烧的条件包括：温度为400-550℃，时间为2-8小时。
根据本发明的方法，还可以包括：在所述焙烧之前，将浸渍得到的产物进行干燥。所述干燥可以按照本领域常规技术条件进行，例如，干燥温度为90℃-150℃，干燥时间为6-12小时。
本发明第四方面提供上述制备方法制得的催化剂。
本发明提供的催化剂用于废气的处理过程中，活性较高，稳定性好。基于此，本发明第五方面提供上述催化剂在废气处理中的应用。
本发明第六方面提供一种废气的处理方法，该方法包括：在催化燃烧条件下，将含有有机物的废气与本发明提供的催化剂进行接触。
在本发明中，所述含有有机物的废气可以为工业上任意的可采用催化燃烧方法处理的废气。本发明对所述含有有机物的废气的组成以及有机物的含量选择范围较宽，优选地，所述有机物包括含溴有机物。本发明的发明人在研究过程中发现，本发明提供的催化剂特别适用于含有含溴有机物的废气的处理。
根据本发明的一种优选实施方式，所述有机物包括酯类化合物、芳烃和含溴有机物中的至少一种。所述酯类化合物包括但不限于醋酸甲酯、乙酸乙酯；所述芳烃包括但不限于苯、甲苯、二甲苯、乙苯、二乙苯、正丙苯、异丙苯中的至少一种；所述含溴有机物包括但不限于一溴甲烷、二溴甲烷、一溴乙烯、二溴乙烯。本发明实施例中以醋酸甲酯、二甲苯和二溴甲烷作为废气中的有机物进行示例性说明，本发明并不限于此。
根据本发明的一种优选实施方式，所述废气中，有机物的含量为200-25000ppm。
具体地，所述接触在含氧气氛下进行。在含氧气氛存在下，含有有机物的废气与催化剂接触进行催化燃烧生成二氧化碳和水，如废气中还包括含溴有机物，则还生成有溴化氢和/或溴单质。
根据本发明，所述含氧气氛用于提供燃烧所需的氧气，对所述含氧气氛的组成没有特别的限定，例如可以为含有氧气和氮气的气氛，或者为空气。
根据本发明的一种优选实施方式，所述催化燃烧条件包括：温度为200-450℃，每克催化剂处理含有有机物的废气的量为5-50L/h。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例和对比例的所述浸渍液的表面张力通过德国KRUSS公司K100型全自动表面张力仪测得。测试方法为：在20℃条件下，将30mL的溶液倒入测量烧杯中，距离铂金板约1.5-2.5mm处，测量时间为60s。
实施例1
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在20℃下超声0.05小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在60℃搅拌0.2小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液A。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液A对氧化铝载体(商购自Sasol公司的P200型号产品，下同)进行饱和浸渍(于70℃搅拌2小时)，然后在90℃下干燥8小时，在400℃下焙烧6小时，即得催化剂A，该催化剂的载体含量为65重量％。
实施例2
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在90℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液B。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液B对氧化铝载体进行饱和浸渍(于90℃搅拌6小时)，然后在150℃下干燥12小时，在550℃下焙烧4小时，即得催化剂B，该催化剂的载体含量为85重量％。
实施例3
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液C。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液C对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂C，该催化剂的载体含量为72重量％。
实施例4
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液D。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液D对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂D，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例5
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液E。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液E对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂E，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例6
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液F。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液F对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂F，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例7
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液G。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液G对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂G，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例8
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液H。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液H对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂H，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例9
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液I。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液I对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂I，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例10
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液J。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液J对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂J，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例11
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液K。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液K对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂K，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例12
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液L。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液L对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂L，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例13
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液M。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液M对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂M，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例14
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液N。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液N对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂N，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例15
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硝酸镓加入到溶液3中得到浸渍液O。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液O对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂O，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例16
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的四氯化钛加入到一定量的硝酸中，搅拌溶解后，再加入50ml去离子水，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液P。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液P对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂P，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例17
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的氧氯化锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的盐酸，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液Q。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液Q对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂Q，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例18
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸和硝酸镓加入到溶液3中得到浸渍液R。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液R对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂R，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例19
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸和硝酸镓加入到溶液3中得到浸渍液S。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液S对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂S，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例20
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的四氯化钛加入到一定量的硝酸中，搅拌溶解后，再加入50ml去离子水，再加入一定量的硝酸锆，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液T。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液T对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂T，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例21
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的四氯化钛加入到一定量的硝酸中，搅拌溶解后，再加入50ml去离子水，再加入一定量的硝酸锆，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸加入到溶液3中得到浸渍液U。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液U对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂U，该催化剂的载体含量为81重量％。
实施例22
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的四氯化钛加入到一定量的硝酸中，搅拌溶解后，再加入50ml去离子水，再加入一定量的硝酸锆，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸和硝酸镓加入到溶液3中得到浸渍液V。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液V对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂V，该催化剂的载体含量为81重量％。
对比例1
a)将一定量的硝酸钴加入到100ml去离子水中，得到溶液1；
b)向溶液1中加入一定量的硝酸，在60℃搅拌0.2小时，得到浸渍液W。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液W对氧化铝载体进行饱和浸渍(于70℃搅拌2小时)，然后在90℃下干燥8小时，在400℃下焙烧6小时，即得催化剂W，该催化剂的载体含量为65重量％。
对比例2
a)将一定量的硝酸钴加入到100ml去离子水中，得到溶液1；
b)向溶液1中加入一定量的硝酸，在60℃搅拌0.2小时，得到溶液2；
c)将一定量的硼酸加入到溶液2中得到浸渍液X。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
采用浸渍液X对氧化铝载体进行饱和浸渍(于70℃搅拌2小时)，然后在90℃下干燥8小时，在400℃下焙烧6小时，即得催化剂X，该催化剂的载体含量为65重量％。
对比例3
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的硝酸锆加入到50ml去离子水中，再加入一定量的硝酸，在20℃下超声0.05小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在60℃搅拌0.2小时，得到浸渍液Y。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液Y对氧化铝载体进行饱和浸渍(于70℃搅拌2小时)，然后在90℃下干燥8小时，在400℃下焙烧6小时，即得催化剂Y，该催化剂的载体含量为65重量％。
对比例4
浸渍液的制备：
a)将一定量的硝酸钴加入到50ml去离子水中，得到溶液1；
b)将一定量的四氯化钛加入到一定量的硝酸中，搅拌溶解后，再加入50ml去离子水，再加入一定量的硝酸锆，在40℃下超声0.15小时，得到溶液2；
c)将溶液2加入到溶液1中，在80℃搅拌0.5小时，得到溶液3；
d)将一定量的硼酸和硝酸镓加入到溶液3中得到浸渍液Z。浸渍液的组成以及表征数据如表1所示。
催化剂的制备：
采用浸渍液Z对氧化铝载体进行饱和浸渍(于80℃搅拌4小时)，然后在120℃下干燥12小时，在500℃下焙烧5小时，即得催化剂Z，该催化剂的载体含量为81重量％。
试验例1
将催化剂A-Z在相同条件下在固定床反应器催化反应装置上进行催化反应性能评价，反应结果如表1所示。本试验例中，将含有有机物的废气与催化剂接触进行催化燃烧，评价的工艺条件为：在空气气氛下，反应压力为0.05MPa-0.1MPa，每克催化剂处理的尾气量为每小时20L，程序升温至反应温度，直至完全转化。升温程序为：从20℃以10℃/min的升温速率升至100℃，保持0.5小时，以10℃/min的升温速率升至150℃，保持0.5小时，以5℃/min的升温速率升至160℃，保持5分钟，以5℃/min的升温速率升至165℃，保持5分钟，以5℃/min的升温速率升至170℃，保持5分钟，以此类推，直至升温至400℃。
本试验例中，含有有机物的废气为模拟气，载气为氮气。
单一有机物组分评价时，三种含有单一有机物的废气中有机物浓度分别为：乙酸甲酯16000ppm，对二甲苯3000ppm，二溴甲烷450ppm。
混合样品评价时，含有混合样品的有机物废气中有机物组成为：乙酸甲酯10000ppm，对二甲苯2000ppm，二溴甲烷200ppm。
本发明催化剂的反应活性以氧化尾气组分完全转化的反应温度的高低作为评价标准，完全转化的温度越低，催化剂的性能越好。其中单一组分的T99表示废气中该组分的净化率为99％时的反应温度。混合样品的T99表示为废气中所有组分的净化率均达到99％时的反应温度。400(Tn)表示400℃时二溴甲烷的净化率为n％，当处理混合样品时，此时乙酸甲酯和对二甲苯的净化率达到99％以上。
表1
Figure BDA0002231435260000241
Figure BDA0002231435260000251
/>
注：表1中Co、IIIA族元素、IVB族元素含量均以各自氧化物计。表1中T99的单位均为“℃”。
从表1可以看出，采用本发明提供的催化剂处理废气时，能够降低有机物完全转化的反应温度，废气中有机物乙酸甲酯转化率达到99％时，温度可以低至285℃以下；有机物对二甲苯转化率达到99％时，温度可以低至305℃以下；有机物二溴甲烷转化率达到99％时，温度可以低至340℃以下。而对比例4中，当处理单组分废气(有机物仅为二溴甲烷)时，反应温度为400℃时，二溴甲烷的转化率仅为80％；当处理混合样品(有机物为乙酸甲酯、二溴甲烷和对二甲苯)时，反应温度为400℃时，二溴甲烷的转化率仅为70％。由此可以看出，本发明提供的催化剂活性高。
试验例2
按照试验例1的方法评价对催化剂M、R、T、V、X、Y的性能进行评价，不同的是，每克催化剂处理的尾气量为每小时50L。结果数据列于表2中。
表2
Figure BDA0002231435260000261
注：表2中Co、IIIA族元素、IVB族元素含量均以各自氧化物计。表1中T99的单位均为“℃”。
从表2可以看出，采用本发明提供的催化剂处理废气时，在处理量较大时，仍能够降低有机物完全转化的反应温度。
试验例3
将催化剂M、R、T、V、X、Y在固定床反应器催化反应装置上进行催化稳定性能评价。本试验例中，将含有混合样品的有机物废气与催化剂接触进行催化燃烧，评价的工艺条件为：在空气气氛下，反应压力为0.05MPa-0.1MPa，每克催化剂处理的尾气量为每小时50L，以10℃/min的升温速率由20℃升至280℃，保持24小时。二溴甲烷转化率结果如表3所示。
表3
Figure BDA0002231435260000262
/>
Figure BDA0002231435260000271
由表3数据可以看出，本发明提供的催化剂稳定性较好。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (28)

1.在催化燃烧条件下，一种催化剂在含有有机物的废气处理中的应用；
所述催化剂的活性组分包括：钴元素、IIIA族元素和IVB族元素；
所述有机物包括含溴有机物。
2.根据权利要求1所述的应用，其中，
所述催化剂的制备方法包括：采用浸渍液对载体进行浸渍；将浸渍得到的固体产物进行焙烧；
所述浸渍液包括：含钴化合物、IIIA族元素化合物、IVB族元素化合物、溶剂以及任选地分散剂；
其中，以氧化物计的含钴化合物的含量为0.05-0.2 g/mL；
以氧化物计的IIIA族元素化合物的含量为0.002-0.008 g/mL；
以氧化物计的IVB族元素化合物的含量为0.001-0.01 g/mL。
3.根据权利要求2所述的应用，其中，
以氧化物计的含钴化合物的含量为0.09-0.15 g/mL。
4.根据权利要求2所述的应用，其中，
所述含钴化合物选自硝酸钴、氯化钴、乙酸钴和硫酸钴中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的应用，其中，
以氧化物计的IIIA族元素化合物的含量为0.003-0.008 g/mL。
6.根据权利要求2所述的应用，其中，
所述IIIA族元素为B元素和/或Ga元素。
7.根据权利要求6所述的应用，其中，
所述IIIA族元素化合物为硼酸、硝酸镓和氯化镓中的至少一种。
8.根据权利要求2所述的应用，其中，
以氧化物计的IVB族元素化合物的含量为0.002-0.01 g/mL。
9.根据权利要求2所述的应用，其中，
所述IVB族元素为Ti元素和/或Zr元素。
10.根据权利要求9所述的应用，其中，
所述IVB族元素化合物为四氯化钛、硝酸锆、氯氧化锆和氯化锆中的至少一种。
11.根据权利要求2-10中任意一项所述的应用，其中，所述分散剂为无机酸。
12.根据权利要求11所述的应用，其中，
所述分散剂为硝酸和/或盐酸。
13.根据权利要求2-10中任意一项所述的应用，其中，
所述分散剂的浓度为0.01-0.065g/mL。
14.根据权利要求13所述的应用，其中，
所述分散剂的浓度为0.02-0.04g/mL。
15.根据权利要求2-10中任意一项所述的应用，其中，所述浸渍液的表面张力为60.5-68.5mN/m。
16.根据权利要求15所述的应用，其中，所述浸渍液的表面张力为65.2-67.2 mN/m。
17.根据权利要求2-10中任意一项所述的应用，其中，
所述浸渍液的pH为0.6-1.4。
18.根据权利要求17所述的应用，其中，
所述浸渍液的pH为0.85-1.25。
19.权利要求2-10中任意一项所述的应用，其中，所述浸渍液的制备方法包括：
将含钴化合物、IIIA族元素化合物、IVB族元素化合物、溶剂以及任选地分散剂混合。
20.根据权利要求19所述的应用，其中，
所述浸渍液的制备方法包括：
a)将含钴化合物与部分溶剂进行第一混合，得到第一溶液；
b)将IVB族元素化合物和剩余部分溶剂以及任选的分散剂进行第二混合，得到第二溶液；
c)将第一溶液和第二溶液进行第三混合，得到第三溶液；
d)将IIIA族元素化合物与第三溶液进行第四混合。
21.根据权利要求20所述的应用，其中，所述第二混合的条件包括：在20-40℃下超声0.05-0.15小时。
22.根据权利要求20所述的应用，其中，
所述第三混合的条件包括：温度为60-90℃，时间为0.2-0.5小时。
23.根据权利要求2所述的应用，其中，所述载体为耐热无机氧化物。
24.根据权利要求23所述的应用，其中，
所述载体为氧化铝、氧化硅、氧化钛和氧化锆中的至少一种。
25.根据权利要求2所述的应用，其中，
所述浸渍液和载体的用量使得制备得到的催化剂中，以催化剂的总量为基准，载体的含量为65-85重量%。
26.根据权利要求25所述的应用，其中，
所述浸渍液和载体的用量使得制备得到的催化剂中，以催化剂的总量为基准，载体的含量为72-81重量%。
27.根据权利要求1所述的应用，其中，
所述催化燃烧条件包括：在含氧气氛下，温度为200-450℃，每克催化剂处理含有有机物的废气的量为5-50L/h。
28.根据权利要求1所述的应用，其中，
所述废气中，有机物的含量为200-25000 ppm。
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