[发明专利]一种VOCs催化燃烧催化剂及其制备方法和应用

说明书

一种VOCs催化燃烧催化剂及其制备方法和应用，以天然无机材料为载体，载体上涂有掺杂过渡金属的杂原子沸石分子筛膜，并负载过渡金属氧化物，负载量为5wt.%~20wt.%。本发明所制备的催化剂对低浓度的二氯甲烷催化氧化反应进行了性能评价，进出反应器的二氯甲烷由气相色谱分析。该催化剂在二氯甲烷浓度为1000～10000ppm的情况下，在气体体积空速为5000～40000h^‑1时、反应温度250～500℃，可将二氯甲烷催化氧化为CO₂、H₂O和HCl。

技术领域

本发明属于催化燃烧催化剂领域，具体涉及一种杂原子沸石分子筛膜负载非贵金属氧化物催化燃烧VOCs催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

沸石分子筛是一种硅铝酸盐多微孔晶体，具有独特的孔道结构以及丰富可调的表面性质，可作为固体酸催化剂用于有机合成、催化裂解等。沸石比表面积400～1000m²/g，能与活性炭的比表面积媲美，且在高温下不易发生变化，具有耐酸碱、耐腐蚀、耐辐射等优点。目前已有以沸石分子筛膜作为催化剂载体的研究，例如公开号为CN1586719A采用层叠方法在金属网上长出沸石晶种，然后用电泳沉积法在金属网上获得单层纳米尺寸的沸石，以此获得活性组分高度分散的纳米催化剂。

然而，沸石分子筛作为一种固体酸催化剂，其表面布朗斯特(Bronsted)酸、路易斯(Lewis)酸强度对催化性能的提高具有关键作用，据文献报道路易斯酸位点是C-C键断裂的核心活性位点，通过对沸石分子筛骨架元素、结构等的调节，可以改变沸石表面酸性位的数量，调节B酸/L酸的比值，进而调控催化性能。目前杂原子沸石分子筛是研究的一个重要方向，杂原子替代Al一定程度上扭变沸石分子筛的四面体结构，改变表面酸性位的分布，例如通过引入过渡金属Fe，会产生新的L酸性位；引入过渡金属离子Zn和Ga可以在B酸性位活化C—H键；引入过渡金属Cr，沸石表面酸性位(强酸和弱酸)的数量均会增加等。因此通过一系列杂原子金属离子的引入，可以增加催化剂载体表面的酸性位数量，进而利于催化性能的提高。目前杂原子改性沸石负载贵金属已有研究，彭悦欣采用原位水热合成ZSM-5引入Fe负载贵金属Pd催化燃烧甲苯，其结果表明Fe物种的引入使得催化剂的还原性能得到改善。基于Fe等物种优异的氧化还原性质，本发明通过筛选出一部分能够显著改善沸石表面性质，孔道结构的过渡金属元素，例如Cr³⁺、Ga³⁺、Zr⁴⁺、Fe³⁺、Zn²⁺或Ti²⁺，采用改性沸石方法负载过渡金属，制备高活性、高稳定性的催化剂其应用前进广阔，可以成为替代贵金属催化剂新趋势。

发明内容

解决的技术问题：本发明供一种VOCs催化燃烧催化剂及其制备方法和应用，利用杂原子沸石分子筛，改变沸石孔道结构，增加表面酸性位，开发出具有高比表面积、高分散性、高效率的非贵金属氧化物催化剂。

技术方案：一种VOCs催化燃烧催化剂，以天然无机材料为载体，载体上涂有掺杂过渡金属的杂原子沸石分子筛膜，并负载过渡金属氧化物，负载量为5wt.％～20wt.％。

上述天然无机材料为堇青石。

上述沸石分子筛膜为ZSM-5分子筛膜、X型分子筛膜或Y型分子筛膜。

上述掺杂过渡金属的杂原子为Cr³⁺、Ga³⁺、Zr⁴⁺、Fe³⁺、Zn²⁺或Ti²⁺。

上述过渡金属氧化物为氧化铈、氧化锰、四氧化三钴或氧化铜。