[发明专利]一种用于微波加热催化氧化VOCs的碳化硅改性催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于无机催化材料领域，涉及一种用于微波加热条件下甲苯催化氧化的碳化硅改性催化剂及其制备方法。先对载体进行SiC掺杂，再用共沉淀法在改性载体上负载活性组分助剂CeO₂。该催化剂的优点是：改变碳化硅与催化剂的结合方式，催化剂升温更快更均匀；显著降低催化氧化温度，并提高效率；减少碳化硅材料用量，节约成本；耐烧结、易再生；原料易得，制备方法简单，技术工艺易于实施，利于工程化应用。

技术领域

本发明涉及一种碳化硅改性降解VOCs的催化剂及其制备方法，属于无机催化材料领域。

背景技术

随着经济建设的加快，工业企业的迅速发展，挥发性有机物(VOCs)的排放日渐增加，严重威胁到公众健康和生存环境。目前催化氧化是VOCs废气处理技术的主流技术之一。最常采用的加热方式是电加热，使反应温度达到200-450℃。普通管式炉加热反应时热能由表及里传播，致使样品加热不均匀；放出的热量来不及散失，使得催化剂组份发生烧结和团聚现象，改变了催化剂孔道结构，从而影响催化剂活性而降低了VOCs的转化率；电加热热损失大能耗高。微波加热具有快速、均匀加热，穿透性强，无滞后性、高效节能等优点，利用微波加热替代传统电加热，将有助于保持催化剂的稳定性和高活性，以此来提高目标物的催化氧化降解效果。微波也具有诱导催化的作用，且显著降低反应温度，还能够改变分子间的相互作用力，使化学反应速率更快、产率更高甚至可以改变产物的性能。

微波加热具有选择性，吸波材料常用作催化剂的垫层吸收微波升温达到加热进气的作用。若要在微波场中使催化剂更有效地利用微波能来提高催化氧化的效率，需要借助非反应活性相的吸波物质；另一方面若要降低能耗并提高催化氧化效率，吸波材料与催化剂以何种方式配合尤为重要。碳化硅(SiC)的吸波能力最强，能迅速将微波能转化为热能。但是目前市售的SiC材料比表面积很小，限制了其作为催化剂载体的使用。高比表面积SiC材料的制备条件相当严苛，仅限于实验室研究水平，因而限制了其作为催化剂载体的使用。目前，碳化硅材料仅作为催化剂的垫层或与其他载体形成复合催化剂而被研究。

活性氧化铝由于比表面积大、吸附性能好、热稳定等优点而被广泛地用作催化剂的载体。本发明利用高氧化性及强耐高温的强吸波材料碳化硅对氧化铝载体进行改性，改善碳化硅与催化剂的结合方式，有效减少碳化硅的用量，使催化剂更有效地利用微波能来提高催化氧化的效率，获得更高效的反应条件，提高VOCs的催化氧化效率。

目前对VOCs催化氧化技术的研究主要集中在制备低温高活性催化剂。传统的催化剂有贵金属催化剂、过渡金属催化剂和钙钛矿型催化剂等。贵金属催化剂催化活性高，起燃温度低，但价格昂贵，活性组分易烧结失活。过渡金属氧化物催化剂价格低廉，低温活性较高，但完全转化温度较高。钙钛矿型催化剂及其混合或复合氧化物催化剂耐高温烧结，材料来源广泛，但低温活性不足，起燃温度较高。

过渡金属氧化物中Cu、Mn、Co、Cr、V、Ce、Zr等金属氧化物对VOCs的催化燃烧都具有很好的活性，一些催化剂的活性甚至超过了贵金属催化剂，而双组份过渡金属催化剂由于形成特殊结构或协同作用，可以获得更加良好的催化性能。