[发明专利]一种催化氧化VOCs的混相二氧化钛负载钌催化剂、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明属于资源与环境技术领域，涉及一种负载钌催化剂、制备方法及其用途，具体涉及一种催化氧化VOCs的催化剂、制备方法及其用途，所述催化剂采用钌的氧化物作为活性组分，载体中的金红石相二氧化钛对活性组分起支撑作用，锐钛矿与金红石混相体系与活性组分之间存在协同作用，极大促进了钌的氧化物的催化能力，可高效脱除多种VOCs。

背景技术

现代社会生活中，挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，简称VOCs)的危害愈发严重，对人类生活健康造成极大威胁。VOCs种类极多，常见的包括三苯(苯、甲苯和二甲苯)、氯苯、三氯乙烯和乙酸乙酯等。长期处于VOCs超标的环境中，会引起慢性中毒，损害肝脏、肾脏以及神经系统，并且大浓度的VOCs在光照下会形成光化学烟雾，导致地球气候变暖。因此，发展高效、节能的VOCs末端控制技术，严格控制VOCs的排放量，已成为全球性的重要课题。

在目前已经报道的VOCs控制技术中，催化氧化法极为适合在较低的温度区间(150～500℃)净化存在多种VOCs污染物的混合废气，使得其中的VOCs分解成为二氧化碳和水等无危害的小分子物质。

该方法主要以贵金属和过渡金属氧化物作为催化剂活性组分。贵金属催化剂主要指负载型的Pt、Pd等催化剂，而过渡金属氧化物催化剂则包括Mn、V、Fe、Co、Cu等过渡金属的氧化物中的一种或多种氧化物复合的催化体系。目前Pt、Pd等传统贵金属催化剂在VOCs催化氧化领域已经有很广泛的应用，形成了较大的社会价值，然而此类传统贵金属催化剂高昂的成本限制了其广泛应用。过渡金属氧化物整体上在催化氧化VOCs时较传统贵金属催化剂活性低、普适性较差，并且容易受到含氯物种毒性的影响。因此，发展廉价、高效、普适性强、稳定性好(热稳定性和抗中毒性)的催化剂，已成为催化氧化法治理工业尾气中VOCs污染物的关键所在。

发明内容

针对已有技术的问题，本发明的目的之一在于提供一种催化氧化多种VOCs的催化剂，所述催化剂采用钌的氧化物作为活性组分，载体中的金红石相二氧化钛对钌起支撑作用，锐钛矿与金红石混相体系与活性组分之间存在协同作用，极大促进了钌的氧化物的催化能力，可高效脱除多种VOCs，其具有廉价、高效、高的CO₂选择性、普适性强以及稳定性好(热稳定性和抗氯中毒性)的优点。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种催化氧化VOCs的催化剂，包括载体和活性组分，所述载体为锐钛矿相二氧化钛修饰的金红石相二氧化钛，活性组分为钌的氧化物，以催化剂的质量为100wt.％计，作为修饰组分的锐钛矿相二氧化钛占催化剂的质量百分比≤10wt.％，活性组分钌的氧化物(以钌的质量计)占催化剂的质量百分比≤5wt.％。

即，以催化剂的质量为100wt.％计，作为修饰组分的锐钛矿相二氧化钛的质量为≤10wt.％，活性组分钌的氧化物(以钌的质量计)的质量为≤5wt.％，余量为金红石相二氧化钛。

本发明选用锐钛矿相二氧化钛修饰的金红石相二氧化钛作为载体，钌的氧化物在受热后更加容易分布在金红石相二氧化钛上，而锐态矿相二氧化钛会暴露，锐钛矿相二氧化钛和金红石相二氧化钛之间存在的相间界面有利于产生活性氧，利用混相载体与活性组分之间的协同作用，显著促进了活性组分的催化能力，加速降解反应中间体，提高了反应速率，使得催化剂在催化氧化多种VOCs时都具有较高催化活性，并且由于钌的氧化物本身在催化氧化Cl-VOCs时稳定性很高，因此本发明所得催化剂在催化氧化Cl-VOCs具有极佳的抗氯中毒能力。而钌的氧化物(RuO₂)与金红石相二氧化钛具有相同的晶胞结构，二者结合十分稳定，故而催化剂的热稳定性很好。

催化剂的催化活性与选取的金红石相二氧化钛比表面积、修饰的锐钛矿相二氧化钛含量和活性组分钌的氧化物的负载量有关。

优选地，选择抗烧结性能良好的金红石相二氧化钛作为载体(选择依据为经过500℃焙烧后，比表面积仍大于25m²/g)。