[发明专利]一种催化燃烧含低浓度甲烷的挥发性有机物的催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于石油化工催化剂技术领域，具体涉及一种催化燃烧工艺所使用的催化剂的制备方法，尤其涉及一种催化燃烧挥发性有机化合物的贵金属催化剂的制备方法。

背景技术

随着现代工业和交通运输业的迅速发展，对能源的需求量也随之增大，而且工业过程中排放出大量有害气体对人体健康造成极大危害，环境污染已成为全球性的一大难题。催化氧化烃类及其衍生物(包括低浓度甲烷和挥发性有机物)是一条充分利用能源并做到有害气体零排放的有效途径。挥发性有机物(VOCs)通常是指室温下饱和蒸汽压大于133.3Pa、沸点在50-260℃的易挥发性的有机化合物，主要包括脂肪烃类、卤代烃类、芳香烃类以及醇醛酮类等。近年来，VOCs已经成为当前影响中国大气区域性复合型污染的重要前驱体和参与物。因此，发展高效的VOCs末端控制技术，严格控制VOCs的排放量，已经成为全球性的重要课题。

目前，已报道了多种VOCs末端控制技术，主要有物理法和化学法。物理法包括吸附法、冷凝法和膜分离法，这是一种非破坏性的方法，其优点是可以回收VOCs，但容易引起二次污染；化学法包括焚烧法、低温等离子法、光催化氧化法、生物处理法和催化燃烧法等，这是一种破坏性的方法，优点是VOCs去除率高，但能耗也高。其中催化燃烧法具有高效和能耗相对较低等优点，可以有效的将多种VOCs氧化为CO₂和H₂O，从而引起了广泛的研究。该方法主要以金属氧化物为催化剂，该催化有两大类：贵金属和过渡金属氧化物，贵金属催化剂主要是指负载型的Pd、Pt等催化剂，而过渡金属氧化物催化剂则包括Mn、V、Fe、Co、Cu等多种金属的过渡金属氧化物。根据处理的VOCs的不同，选择合适的催化剂进行处理。由于VOCs种类繁多，发展高效、普适性强、稳定性好的催化剂，已经成为催化燃烧法治理工业尾气中VOCs污染物的关键所在。一般VOCs不包括甲烷成分，因为甲烷特别稳定不易进行催化燃烧转化，但现实中的石化排放VOCs组分中往往含有一定量的甲烷，如果能够开发一种既能处理VOCs，也能处理低浓度甲烷的催化燃烧催化剂是一个富有挑战性和实际应用价值的研究课题，具有十分广阔的应用前景。

目前优异的甲烷燃烧处理催化剂主要集中在贵金属催化剂、钙钛矿复合金属氧化物等，其中贵金属催化剂性能最为优异，但是活性组分Pd/Pt等价格昂贵，对原料杂质等要求较高限制其应用；钙钛矿型复合氧化物催化剂热稳定性较好，但处理含有甲烷的有机挥发组分时其低温活性较差，甲烷处理效果差。美国研究人员等(Science,2000,403:65-67)研发出一种新的“核-壳”纳米结构了CeO2-BHA贵金属催化剂，贵金属钯颗粒直径只有1.8nm。这种催化剂比目前使用的甲烷燃烧催化剂强30倍，甲烷在400℃下基本可完全燃烧。缺点是制备复杂，催化剂成本太高。文章(AppliedCatalysisA：General203(2000)37-45)开发了一种无氯的贵金属Pd负载甲烷燃烧催化剂，基本可以在420℃完成甲烷的完全催化燃烧，缺点是催化剂在有水蒸汽存在下长周期运转，甲烷转化率降低。文章(AppliedCatalysisA：General226(2002)281-291)详细研究在水汽在双负载Pt-Pd/Al₂O₃催化剂上的甲烷燃烧影响，开发出一种耐水汽的甲烷燃烧催化剂，缺点是催化剂制备流程较长，催化剂成本较高。

基于以上的文章及专利分析，现有技术制备负载型贵金属催化剂在处理含甲烷成分的VOCs燃烧上，普遍存在贵金属负载量高、成本高、或者存在制备环节复杂、催化剂长周期甲烷燃烧活性降低等问题。贵金属催化剂的制备方法对催化剂的使用性能影响明显，针对不同应用领域的贵金属催化剂，一定要进行适宜的制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种可以同时催化燃烧低浓度甲烷和VOCs的催化剂的制备方法。该方法制备的催化剂用于含低浓度甲烷的VOCs中，能够在获得较高的甲烷转化率的同时，完全将其它VOCs催化燃烧，最终有机物排放指标达到国家环保排放标准，该催化剂活性高，具有很好的原料适用性且成本低。