[发明专利]用于有机废气低温催化燃烧的纳米贵金属整体催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂，具体涉及一种用于有机废气低温催化燃烧的纳米贵金属整体催化剂及其制备方法。

背景技术

挥发性有机化合物(VOCs)不仅是大气光化学烟雾的元凶，还是形成PM2.5的重要前体，该类废气直接排入大气将对环境造成严重污染，同时危害人体健康。因此，研究有机废气处理技术十分必要。

传统的有机废气净化方法有吸附法、吸收法、冷凝法和直接燃烧法等，这类方法存在易产生二次污染、能耗大、易受有机废气的浓度和温度限制等缺点。与传统方法相比，催化燃烧法是在催化剂存在的条件下使废气中有害可燃组分完全氧化为CO₂和H₂O，具有起燃温度低、能耗低等显著特点，是一种主要的VOCs污染控制技术。目前催化燃烧中常用的催化剂是以蜂窝陶瓷为基体，以活性氧化铝和稀土氧化物涂层为载体，担载贵金属活性组分而成的整体催化剂，该催化剂虽然具有活性高、通量大等优点，但也存在以下不足：(1)催化剂制备工艺复杂，如专利文献20061004923.2、20101016926.0及20051003069.7所述，载体涂覆与活性组分涂覆分开，需要经过涂覆、干燥、焙烧、贵金属浸渍、再干燥、再焙烧，不仅制备工艺复杂，而且贵金属浸渍量不容易控制，活性组分分布不均匀；(2)催化剂活性不够高，挥发性有机物的完全转化需要的温度偏高，如20101016926.0及20121030265.0中报道的甲苯废气的转化温度都300度左右，在废气处理过程中需要消耗大量的能源；(3)催化剂稳定性不高，由于一般采用先涂覆涂层再浸渍贵金属的工艺，在干燥过程中，贵金属随着毛细作用聚集到表面，从而导致活性组分易烧结，寿命短。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种制备工艺简单，贵金属负载量低且稳定性高的蜂窝陶瓷负载纳米贵金属整体催化剂，该催化剂在低温条件下即能实现挥发性有机物的高效催化燃烧。本发明另外还提供了上述催化剂的制备方法。

本发明采取的技术方案如下：

1.用于有机废气低温催化燃烧的纳米贵金属整体催化剂，制备方法包括以下步骤：

(1)堇青石用酸溶液浸泡处理，获得表面粗糙的堇青石；

(2)将水、活性氧化铝、铈锆氧化物和稀土氧化物按55～70：30～19：14～9：1～2的重量比混合，并加入涂层重量0.1～1％的分散剂，球磨2-3h后加入贵金属盐溶液继续球磨1-2h得到涂覆液；

(3)将步骤(1)得到的表面粗糙的堇青石浸于步骤(2)所述涂覆液中，真空条件下浸涂15～30min，用压缩空气吹除多余涂覆液后在110～120℃条件下烘干，最后500～600℃条件下焙烧2～3h即得。

优选的，所述步骤(1)中所述酸溶液为质量分数20％的稀硝酸溶液。

优选的，所述贵金属盐溶液为Pt、Pd的硝酸盐溶液或盐酸盐溶液。

优选的，所述活性氧化铝为γ-氧化铝。

优选的，铈锆氧化物中氧化铈与氧化锆的重量比为3:7～7:3。

优选的，所述稀土氧化物为铌的氧化物、镧的氧化物、镨的氧化物、钐的氧化物中的一种或多种。

优选的，所述分散剂为非离子表面活性剂。

优选的，所述分散剂为Tween-20、Span-80、OP-10、聚乙烯醇或聚乙二醇。

优选的，所述贵金属为Pt或Pd，贵金属盐溶液采用硝酸盐溶液，催化剂贵金属的负载量为0.1～0.4g/L。

2.催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)堇青石用酸溶液浸泡处理，获得表面粗糙的堇青石；

(2)将水、活性氧化铝、铈锆氧化物和稀土氧化物按55～70：30～19：14～9：1～2的重量比混合，并加入涂层重量0.1～1％的分散剂，球磨2-3h后加入贵金属盐溶液继续球磨1-2h得到涂覆液；

(3)将步骤(1)得到的表面粗糙的堇青石浸于步骤(2)所述涂覆液中，真空条件下浸涂15～30min，用压缩空气吹除多余涂覆液后在110～120℃条件下烘干，最后500～600℃条件下焙烧2～3h即得。

本发明的有益效果在于：

本发明通过将催化剂涂层材料与贵金属盐溶液一起球磨并借助分散剂形成高固含量涂覆液，经一次涂覆即可得到整体催化剂，制备工艺简单，避免多层和多次涂覆，并在分散剂作用下得到高分散纳米贵金属氧化物活性组分，在保持高催化活性的同时降低了贵金属用量。制备的催化剂属于蜂窝陶瓷负载低含量纳米贵金属的整体催化剂，该催化剂能够在低温条件下实现挥发性有机物的高效催化燃烧。

具体实施方式