[发明专利]Ti柱撑粘土负载型催化剂、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于化学催化剂及其制备工艺技术领域，尤其涉及一种Ti柱撑粘土负载型催化剂、制备方法及其应用。 

背景技术

柱撑粘土((Pillared Clays，简称PILC)是利用粘土的可膨胀性和层间离子的可交换性，通过引入聚合羟基阳离子作为插层剂插入到粘土层间，经过进一步加热、焙烧得到。与有机柱撑粘土相比，无机柱撑粘土，如常见的Al-PILC、Fe-PILC和Ti-PILC等，具有更好的热稳定性，在高温反应条件下，其孔结构保持稳定，因此可应用于气固相催化反应。 

以Ti-PILC为例，其具有如下特点：(1)比表面积大，孔径均匀；(2)层间的二氧化钛主要是纳米颗粒，不容易聚集；(3)具有较强、较多的固体酸性能等。因此，Ti-PILC作为选择性固体催化剂和吸附剂在石油化工、精细化工和环境保护等领域显示出了广阔的应用前景。如Ti-PILC在温度要求较低的NO_x选择性催化还原中显示了优异的性能。比较利用Ti-PILC与Y-82沸石在1-苯基乙醇选择性脱水反应的催化活性，结果表明Ti-PILC选择性优于沸石。现有的Ti交联剂合成需要浓盐酸(一般为6mol/L)，气味刺鼻，不易操作。酞酸丁酯与浓盐酸通常需连续搅拌24小时，制备过程长，能源消耗大。 

含氯易挥发有机物(Chlorinated Volatile Organic Compounds，简称CVOCS)，作为常见的有机溶剂和化工半成品得到了非常广泛的应用。但是，该类化合物对人体健康及环境有着极大的危害。我国对于工业排放CVOCs类有机污染物的排放进行了严格的规定，因此高效、节能控制CVOCs排放技术有很大的需求与市场。 

催化燃烧法去除CVOCs具有启动能耗低、去除率高，二次污染小等优点，关键之处控制其中的Cl元素尽可能转化成毒性较小的HCl，从而达到净化的目的。催化燃烧法的关键在于催化剂，催化剂通常是利用大比表面积的材料作为载体，而载体的结构和性质会影响催化剂上活性组分的分散性及氧化还原性能，从而影响催化剂对CVOCs的催化降解性能。 

传统的催化剂，如Al₂O₃,SiO₂负载贵金属对CVOCs的催化活性和最终产物的选择性较低。分子筛由于具有更丰富的酸性中心，有利于CVOCs的吸附和活化，因此其负载贵金属催化剂对CVOC_s催化降解活性较高。但是这类催化剂比 较容易失活。主要有以下两方面原因：一，分子筛容易发生积碳现象，导致孔道堵塞、活性位被覆盖，从而使得催化剂的活性降低；二，分子筛尤其是低硅铝比的分子筛，其抗HCl性能较差，骨架中的Al容易与反应产物中的HCl结合生成挥发性的AlCl₃，导致分子筛骨架破坏、酸性中心减少，从而使催化剂失活。非贵金属负载型催化剂主要有V，Mn和Cu等单金属氧化物，以及复合金属氧化物。与贵金属催化剂相比，大部分非贵金属氧化物对CVOCs降解的活性较低，但其价格便宜且抗氯中毒性能明显高于贵金属催化剂。 

另外，还有一类重要的氧化物，如稀土氧化物，目前研究较多的用于CVOCs催化降解的主要有纯稀土氧化物，稀土复合氧化物及钙钛矿LaBO₃复合氧化物。如添加Ce和La对MnO_x催化降解氯苯的影响，结果表明，Ce的添加形成了MnCeO_x固溶体，形成大量活性氧物种大大提高了对氯苯氧化的活性。而添加La提高了MnCeO_x固溶体的热稳定性。非负载型稀土类催化剂，活性颗粒容易聚集，且稀土用量较大，费用昂贵。该类催化剂的比表面积及孔容较小，不利于较大尺寸CVOCs的传质效果，如氯苯，从而影响其催化降解的效果。 

发明内容

本发明的目的是提供一种通过离子交换法得到大比表面积、大孔径、高热稳定性的Ti柱撑粘土负载型催化剂，并提供该催化剂的制备方法及在低浓度氯苯的催化降解上的应用。 

为了实现本发明的一目的，本发明提供一种Ti柱撑粘土负载型催化剂，催化剂以Ti柱撑粘土作为载体，Ti柱撑粘土为介孔结构，层间距为1.77nm，比表面积为224.7m²/g，总孔体积为0.170cm³/g，总负载量的质量分数占10％。