CN113731421A - 一种co整体式催化剂的涂覆工艺及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种CO整体式催化剂的涂覆工艺及其制备方法，属于环境工程领域。涂覆所用浆料由下列重量份的原料制成：CO催化剂粉末50‑300、胶黏剂30‑50、增塑剂2‑20、改性剂2‑20、增黏剂5‑30、去离子水50‑400。可以采用浸渍法、超声浸渍法或真空涂覆法等各种涂覆方法将催化剂浆料涂覆在载体上。经干燥、焙烧后得到高性能整体式催化剂，该催化剂不仅性能好、强度高，而且寿命长，适用于工业烟气中CO气体的去除。本发明所需工艺设备简单，原料低廉易得，生产工艺无二次污染产生，可实现工业化生产。

Description

一种CO整体式催化剂的涂覆工艺及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种CO整体式催化剂的涂覆工艺及其制备方法，属于环境工程领域。
背景技术
随着现代化工业的快速发展，各种化学品被开发利用，在给人们生活带来便利的同时，也造成了环境的污染。一氧化碳(CO)是一种无色且无刺激性气味的气体，它极难溶于水，伴有毒性。CO作为空气环境的主要污染物之一，在大气中不易于与其他物质发生化学反应，在空气中停留时间长，严重影响着大气气候，同时它也是造成全球变暖、臭氧耗竭的间接因素。大气中存在的CO污染物多数来源于烃类物质以及含碳物质的不完全燃烧，主要包括工业及民用化石燃料的燃烧排放、机动车辆的尾气排放等等。据统计，全世界CO的人为排放量每年约可达到3-4亿吨，大量的CO排入空气中，造成严重污染。采用合适的催化剂对一氧化碳气体进行处理是工业应用上重要的处理方法。
整体式催化剂是目前应用最为广泛的催化剂，已经有几十年的发展历史。整体式催化剂具有许多平行的通道，这些通道非常狭窄，这类结构催化剂的优点是开孔率大，压降小，烟尘不易沉积造成堵塞，且装卸方便，非常适合工业应用。目前常见的整体式催化剂多为挤压成型和涂覆成型两种，挤压成型是将催化剂组分直接挤压成整体式催化剂，而涂覆成型是将催化剂涂覆在陶瓷或者粘土等价格低廉的载体上，可以提高整体式催化剂的机械强度，而且相对于挤出成型法，涂覆成型整体式催化剂可以极大地节省催化剂的用量，对于降低工业成本具有十分重要的意义，但是涂覆成型整体式催化剂的涂层易开裂脱落，所以研究发明一种CO整体式催化剂的涂覆工艺及其制备方法尤为重要。
CN102941127A的专利公开说明书公开了一种SCR板式脱硝催化剂专用成型剂及其使用方法，该成型剂由聚乙烯醇、有机粘结剂、高岭土、低熔点玻璃粉和化学粘结剂组成，其中有机粘结剂为甲基纤维素或羟丙基甲基纤维素或者两者的混合物，化学粘结剂为硅溶胶或铝溶胶。使用时与浸渍了钒、钨的锐钛矿型纳米二氧化钛充分搅拌获得催化剂膏体，形成板式脱硝催化剂。该成型剂仅适用于板式脱硝催化剂，对蜂窝陶瓷做载体的催化剂效果并不理想，不具有普适性；而且活性组分用量较大，经济性不足。
CN106281050A的专利公开说明书公开了一种分子筛SCR催化剂粘结剂的制备方法及其应用，首先采用铝源和酸性安定剂混合，调节 pH值，经过陈化后制备得到铝溶胶，然后采用硅源和酸性安定剂混合，调节pH值和质量浓度，制备得到硅溶胶，最后将两种胶体混合，在适宜温度下水浴、二次陈化，制备得到分子筛SCR催化剂粘结剂。本发明制备方法简单，步骤易于操作，制备得到的分子筛SCR催化剂粘结剂能够满足分子筛SCR整体式催化剂的附着力要求，不脱落，而且能够间接改善分子筛的硅铝比，显著提高分子筛SCR催化活性窗口，改善SCR催化剂的低温活性。这种粘结剂的组成成分都是无机成分。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于CO整体式催化剂涂覆的工艺及其制备方法，开发出具有高性能、长寿命、低成本的CO整体式催化剂。
本发明的技术方案如下：
步骤
(1)首先用去离子水将选定的载体于超声中清洗0.5-3h，然后用空气泵吹干载体表面残留水分，放置待用。
(2)按下述重量份称取相应原料：CO催化剂粉末50-300、胶黏剂30-50、增塑剂2-20、改性剂2-20、增黏剂5-30、去离子水50-400。
(3)将步骤(2)中称好的原料置于烧杯中，超声搅拌10-120min，转速控制在50-250r/min，得到混合均匀的催化剂浆料备用。
(4)将步骤(1)处理后的载体完全浸入步骤(3)得到的催化剂浆料中，浸渍5-20s后取出，用空气泵吹去载体表面多余的浆料后，在空气中静置晾干。
(5)将步骤(4)晾干后的CO整体式催化剂放入烘箱中干燥2-6h。
(6)将步骤(5)烘干后的CO整体式催化剂放入马弗炉于150-650℃条件下焙烧2-6h得到最终的CO整体式催化剂。
胶黏剂具体包括拟薄水铝石、酸性铝溶胶、中性硅溶胶，中性铝溶胶中的一种或两种及其以上组合。增塑剂包括对苯二甲酸二甲酯、对苯二甲酸二辛酯中的一种或两种及其以上组合。改性剂包括硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中的一种或两种及其以上组合。增黏剂包括聚乙二醇、甲基纤维素中的一种或两种及其以上组合。
涂覆所用载体采用板式载体、蜂窝式载体或波纹板式载体等各种适用于催化剂涂覆的载体，载体材料可以是粘土、玻璃纤维、堇青石或莫来石等材料。
本发明的优点在于：
(1)本发明首先对载体进行了清洗润湿的预处理，有助于提高催化剂浆料在涂覆过程中的流平性能以及均匀程度。
(2)本发明涂覆所用载体可以是板式载体、蜂窝式载体或波纹板式载体等各种适用于催化剂涂覆的载体，载体材料可以是粘土、玻璃纤维、堇青石或莫来石等各种材料。。
(3)本发明采用了多种硅烷偶联剂对拟薄水铝石，铝溶胶，硅溶胶分别改性，有效提高了胶黏剂的粘结性能以及负载程度。本发明使用了多种有机添加剂，改善了涂层的表面形貌以及机械强度。
(4)本发明工艺简单，原料低廉易得，可实现工业化生产。涂覆成型整体式催化剂可以提高整体式催化剂的机械强度，可以极大地节省催化剂的用量，对于降低工业成本具有十分重要的意义。
(5)多种添加剂的加入对催化剂的催化活性影响较小。
(6)可以多次循环使用，性能基本不变。
附图说明
图1是实施例1试验期间CO整体式催化剂的涂覆效果图。
图2是测试例1试验期间CO整体式催化剂的活性测试图；
图3是实施例2试验期间CO整体式催化剂的涂覆效果图。
图4是测试例2试验期间CO整体式催化剂的活性测试图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：
一种CO整体式催化剂的涂覆工艺及其制备方法：
(1)首先用去离子水将粘土蜂窝载体于超声中清洗0.5h，然后用空气泵吹干载体表面残留水分，放置待用。
(2)按下述重量份称取相应原料：CO催化剂粉末(Co系催化剂) 90、拟薄水铝石5、酸性铝溶胶30、对苯二甲酸二辛酯8、硅烷偶联剂kh550型号4、硅烷偶联剂kh560型号4、聚乙二醇5、甲基纤维素5、水200。
(3)将步骤(2)中称好的原料置于烧杯中，超声搅拌60min，转速控制在150r/min，得到混合均匀的催化剂浆料备用。
(4)将步骤(1)处理后的粘土载体完全浸入步骤(3)得到的催化剂浆料中，浸渍20s后取出，用空气泵吹去粘土载体表面多余的浆料后，在空气中静置晾干。
(5)将步骤(4)晾干后的CO整体式催化剂放入烘箱中干燥2h。
(6)将步骤(5)烘干后的CO整体式催化剂放入马弗炉于400℃条件下焙烧3h得到最终的CO整体式催化剂。
补充说明：图1为实施例1的涂覆效果图，左侧是空白载体，右侧是涂覆后的载体，通过涂覆效果图可以清晰地看到涂覆的CO催化剂涂层较为均匀，无明显裂纹与脱落。
测试例1：
将制得的CO整体式催化剂进行活性测试，实验条件为：气体流量1.2L/min，氮气为平衡气，CO进口浓度为7000ppm、O2含量16％、空速10000h-1。测试温度为80℃-280℃。图2是CO整体式催化剂的活性测试图，可以看出催化剂于80℃开始起活，在200℃时去除效率达到80％以上，在220℃达到95％以上，在220℃～280℃范围内效率趋于稳定。第一次指的是首次测试，第二次指的是第二次循环测试，第三次指的是第三次循环测试。
实施例2：
一种CO整体式催化剂的涂覆工艺及其制备方法
(1)首先用去离子水将粘土蜂窝载体于超声中清洗0.5h，然后用空气泵吹干载体表面残留水分，放置待用。
(2)按下述重量份称取相应原料：CO催化剂粉末(Co系催化剂) 120、拟薄水铝石5、中性硅溶胶10、中性铝溶胶20、对苯二甲酸二甲酯3、对苯二甲酸二辛酯10、硅烷偶联剂kh560型号4、硅烷偶联剂kh570型号2、聚乙二醇20、去离子水200。
(3)将步骤(2)中称好的原料置于烧杯中，超声搅拌60min，转速控制在150r/min，得到混合均匀的CO催化剂浆料备用。
(4)将步骤(1)处理后的粘土载体完全浸入步骤(3)得到的催化剂浆料中，浸渍20s后取出，用空气泵吹去粘土载体表面多余的浆料后，在空气中静置晾干。
(5)将步骤(4)晾干后的CO整体式催化剂放入烘箱中干燥2h。
(6)将步骤(5)烘干后的CO整体式催化剂放入马弗炉于400℃焙烧3h得到最终的CO整体式催化剂。
补充说明：图3为实施例2的涂覆效果图，通过涂覆效果图可以清晰地看到涂覆的CO催化剂涂层较为均匀，无明显裂纹与脱落。
测试例2：
将制得的CO整体式催化剂进行活性测试，实验条件为：气体流量1.2L/min，氮气为平衡气，CO进口浓度为7000ppm、O2含量16％、空速8000h-1。测试温度为80℃-280℃。图4是CO整体式催化剂的活性测试图，可以看出催化剂于80℃开始起活，在200℃时去除效率达到95％以上，在220℃达到99％以上，在220℃～280℃范围内效率趋于稳定。第一次指的是首次测试，第二次指的是第二次循环测试，第三次指的是第三次循环测试。

Claims (7)

1.一种CO整体式催化剂的涂覆工艺及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先用去离子水将选定的载体于超声中清洗0.5-3h，然后用空气泵吹干载体表面残留水分，放置待用；
(2)按下述重量份称取相应原料：CO催化剂粉末50-300、胶黏剂30-50、增塑剂2-20、改性剂2-20、增黏剂5-30、去离子水50-400。
(3)将步骤(2)中称好的原料置于烧杯中，超声搅拌10-120min，搅拌转速控制在50-250r/min，得到混合均匀的催化剂浆料备用；
(4)将步骤(1)处理后的载体完全浸入步骤(3)得到的催化剂浆料中，浸渍5-20s后取出，用空气泵吹去载体表面多余的浆料后，在空气中静置晾干；
(5)将步骤(4)晾干后的CO整体式催化剂放入烘箱中干燥2-6h；
(6)将步骤(5)烘干后的CO整体式催化剂放入马弗炉于150-650℃条件下焙烧2-6h得到最终的CO整体式催化剂。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，胶黏剂选自拟薄水铝石、酸性铝溶胶、中性硅溶胶，中性铝溶胶中的一种或两种及其以上组合。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，增塑剂选自对苯二甲酸二甲酯、对苯二甲酸二辛酯中的一种或两种及其以上组合。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，改性剂选自硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中的一种或两种及其以上组合的硅烷偶联剂。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，增黏剂包括聚乙二醇、甲基纤维素中的一种或两种及其以上组合。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，涂覆所用载体采用板式载体、蜂窝式载体或波纹板式载体等各种适用于催化剂涂覆的载体，载体材料是粘土、玻璃纤维、堇青石或莫来石等材料。
7.按照权利要求1-6任一项所述的方法制备得到的CO整体式催化剂。
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