[发明专利]一种负载型钙钛矿催化剂及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种负载型钙钛矿催化剂的制备及其在催化燃烧中的应用。特别适用于催化燃烧消除苯、甲苯、二甲苯等芳香烃类挥发性有机废气。

背景技术

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，简称VOCs)，是石油化工、制药、印刷、制鞋、喷漆等行业排放的最常见的污染物。该类有机物大多具有毒性，部分已被列为致癌物质，如氯乙烯、苯、多环芳烃等。对石化企业挥发废气的分析发现，以甲苯为代表的苯系物是石油化工行业很常见的一类污染物。苯系物不仅引起空气质量的下降，且可以在强光照下进行光化学反应，产生光化学烟雾等二次污染物，对环境和动植物造成更巨大的危害；而且高浓度的苯系物对中枢神经系统具有麻醉作用，可引起人体中毒。因此，对苯、甲苯、二甲苯等芳香烃类挥发性有机污染物的有效控制技术已引起广大研究者的重视。

催化燃烧技术由于其能耗低、活性高、无二次污染等优势已成为最常用的VOCs治理技术。与其它处理技术相比，催化燃烧技术特别适于处理大风量、低浓度的挥发类有机废气。催化燃烧反应的核心是选择合适的催化剂，目前对于VOCs燃烧催化剂的研究主要集中在贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂和复合金属氧化物催化剂三种类型。贵金属催化剂如Pt、Pd、Rh等催化活性高、选择性好，但价格昂贵、稳定性差，容易中毒失活。过渡金属催化剂成本较低，但是活性较差、寿命和抗毒性一般。而复合氧化物催化剂则由于复合氧化物之间存在结构或电子调变等相互作用，活性比单一的氧化物要高。

近年来，在各类复合氧化物催化剂中，具有ABO₃结构的钙钛矿催化剂日益引起广大研究者的重视。钙钛矿催化剂的典型结构式为ABO₃，属于立方晶型，其结构中一般A为四面体型结构，多为稀土离子和碱土金属；B为八面体型结构，多为过渡元素离子。其中A位和B位离子可被其它金属离子部分取代。钙钛矿型氧化物的晶体结构会随A位和B位离子的变化及取代离子的种类和含量的不同发生相应的畸变，并形成氧空位，从而使得催化剂具有传递氧和储存氧的能力，直接影响其催化性能。目前，国内外的研究主要集中在A位元素的部分取代，黄海凤等人采用共沉淀法制备了A位为La、Sr取代的系列催化剂，该系列催化剂具有较好的催化燃烧性能，但其制备工艺包括水浴、沉淀和老化等步骤，制作工艺复杂。发明专利200810163774.0“一种蜂窝陶瓷型钙钛矿催化燃烧催化剂及其制备和应用”对B位掺杂进行了相应的研究，采用Co、Mn元素进行了掺杂，并负载在带有金属氧化物涂层的蜂窝陶瓷载体上，制备过程中采用“涂层制作-共沉淀-浸渍-焙烧”工艺，所制备的催化剂的对甲苯的起燃温度(T₅₀)在250℃左右，但其最大的缺点是催化剂制备过程繁琐，在制备过程中还必须有金属氧化物涂层制作工序。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种负载型钙钛矿催化剂及其制备工艺，所述钙钛矿催化剂具有较高催化燃烧苯、甲苯、二甲苯等芳香烃化合物性能，而且制备工艺简单。

本发明的技术方案是：一种负载型钙钛矿催化剂，所述催化剂以Al₂O₃小球为载体，负载有组成为La_0.8Ce_0.2M_yN_1-yO₃的催化活性组分，其中M、N为Ti、Mn和Co中的任意两者，y＝0～1。

优选的是，所述Al₂O₃小球的粒径为1～5mm。

一种负载型钙钛矿催化剂的制备工艺，包括如下步骤：

(1)取适量粒径为1～5mm的γ-Al₂O₃小球，放入马弗炉中，在400～600℃的温度条件下焙烧3～5小时进行活化，得到活性γ-Al₂O₃；