[发明专利]一种催化燃烧用复合金属氧化物催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化燃烧用复合金属氧化物催化剂制备方法，尤其涉及一种用于羧酸酯类催化燃烧的复合金属氧化物催化剂制备方法，属于催化燃烧环境保护技术领域。

背景技术

有机废气是石油化工行业排放的常见污染物，有机废气中常含有烃类化合物、含氧有机化合物、含氮、硫、卤素及含磷有机化合物等。如对这些废气不加处理，直接排入大气将会对环境造成严重污染，危害人体健康。

传统的有机废气净化方法包括吸附法、冷凝法和直接燃烧法等，这些方法常有易产生二次污染、能耗大、易受有机废气浓度和温度限制等缺点。而催化燃烧技术以其处理效率高、不产生二次污染和较低的能量消耗的优势受到了越来越多的关注。

催化燃烧是典型的气-固相催化反应，其实质是活性氧参与的深度氧化作用。在催化燃烧过程中，催化剂的作用是降低活化能，同时催化剂表面具有吸附作用，使反应物分子富集于表面提高了反应速率，加快了反应的进行。借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下，发生无焰燃烧，并氧化分解为CO₂和H₂O，同时放出大量热能。

目前工业化催化燃烧催化剂主要集中在贵金属催化剂上，贵金属用于催化燃烧已经有几十年的历史，无论是催化剂的制备还是反应机理的研究都取得了比较深入的研究。贵金属在氧化反应中的活性顺序通常为：Ru＜Rh＜Pd＜Os＜Ir＜Pt，考虑到稀有性和高温挥发性，使用局限于Pd、Pt、Rh这三种元素，对于催化燃烧，Pd和Pt是研究和应用最多的催化活性材料。这类催化剂的主要缺点在于资源稀少，价格昂贵，耐中毒性差，人们一直努力寻找替代品或尽量减少其用量。

由于贵金属资源日益减少且价格昂贵，非贵金属催化剂如Cu、Mn、Co等的氧化物在催化燃烧中的应用受到广泛重视。然而单一的金属氧化物催化剂活性往往不够理想，需要加以改进以提高其催化活性。复合金属氧化物催化剂，如Cu-Mn，Cu-Co等，该类催化剂在一定的条件下，可以达到贵金属催化剂的催化效果，是催化燃烧领域研究的热点，许多高性能的复合氧化物催化剂正在研究开发。黄海风等(Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities 2004(2)，152～155)采用浸渍法制备了负载型复合氧化物催化剂CuMn/Al₂O₃，同时用共沉淀法制备了Cu-Mn-O复合氧化物催化剂，并且考察了对甲苯的催化活性。由于采用传统的浸渍法和共沉淀法制备的复合氧化物很难保证多组分的充分混合，Li等(Catalysis Today 2004(93-95)，205-209)采用反相微乳液法制备了含Mn系列催化剂Mn-Cu、Mn-Zr、Mn-Fe等，其中，Mn-Cu系列催化剂对甲苯的催化活性最高，但是这种催化剂的制备需要消耗大量的有机物，制备过程复杂、成本较高。

发明内容

本发明的目的在于针对目前复合金属氧化物催化剂存在制备过程复杂、成本较高以及催化剂各组分混合不均匀等问题，提出一种催化燃烧用的复合氧化物催化剂的制备方法，所制备的催化剂具有原料成本低，制备工艺简单，催化活性高等优点。

本发明的技术方案为：一种催化燃烧用复合金属氧化物催化剂的制备方法，具体步骤如下：

A.分别配制0.25～1mol/L的铜盐溶液、0.25～1mol/L的锰盐溶液以及0.2～0.5mol/L的有机酸溶液；

B.将铜盐溶液、锰盐溶液与有机酸溶液制成混合溶液；其中混合溶液中Cu与Mn的摩尔比为1∶1～7，有机酸与金属离子的摩尔比为1～2∶1；

C.将混合溶液加热并连续搅拌至产生凝胶；

D.凝胶经干燥、研磨、焙烧后，得到催化剂粉末；

E.将催化剂粉末压片、破碎、筛分，得到催化剂样品。

上述的铜盐优选为铜的硝酸盐、硫酸盐或醋酸盐中的一种；优选所述的锰盐为锰的硝酸盐、硫酸盐或醋酸盐中的一种。优选所述的有机酸为柠檬酸、草酸或乙醇酸中的一种。

优选步骤C中混合溶液的加热温度为60～90℃。

优选步骤D中所述的凝胶的干燥温度为100～120℃，干燥时间为8～14h；焙烧温度为400～700℃，焙烧时间为2～5h。

本发明所制得的催化剂样品的平均粒径为0.2～0.6mm。

本发明所制备的催化剂可用于羧酸酯类催化燃烧脱除；优选所述的羧酸酯为乙酸甲酯、乙酸乙酯或乙酸丙酯中的一种或几种。