[发明专利]一种整体式蜂窝状催化剂及其制备和应用方法

说明书

本发明公开了一种整体式蜂窝状催化剂及其制备和应用方法，包括：选定催化剂基质，并进行清洗预处理；S2，对预处理后的催化剂基质进行吸水率测定，获得吸水量；S3，根据预定的活性组分与催化剂基质的质量比确定溶剂量，将溶剂溶解于水中，水的量由步骤S2得到的吸水量乘以溶解系数获得，制备获得催化活性组分负载液；S4，将清洗预处理后的催化剂基质浸入步骤S3制备的催化活性组分负载液中；S5，将步骤S4处理后的催化剂基质取出烘干焙烧，制备获得整体式蜂窝状催化剂。本发明直接将活性组分负载于催化剂基质的内外表面上，可简化制备过程并降低催化剂制备成本；在保证VOCs的降解效率维持在较高水平状态的同时可降低VOCs催化燃烧的温度。

技术领域

本发明属于催化燃烧挥发性有机物废气治理技术领域，特别涉及一种整体式蜂窝状催化剂及其制备和应用方法。

背景技术

随着我国经济的飞速发展与工业化进程的进一步加快，生态环境污染问题也愈发突出，在国家出台相关政策以及全国人民的不懈努力下，大气环境中的颗粒物、二氧化硫以及氮氧化物污染得到了很大程度上的控制。但挥发性有机物(Volatile OrganicCompounds，VOCs)却作为一类重要的气态污染物没有得到足够的重视与有效治理，VOCs污染已然成为影响城市可持续发展的重要不利因素之一，同时其对人体健康直接或间接的产生莫大的危害，因此对其防治已刻不容缓。

催化燃烧(亦称氧化)技术的关键在于催化剂载体的选择和催化剂的制备。催化剂按其形态可以分为粉末状、颗粒态和整体式催化剂。粉末状和颗粒态催化剂在实际应用时具有一定的局限性，一方面是粉末和颗粒的紧密装填造成传热效果差，易造成局部温度过高，影响VOCs的催化氧化效果和催化剂的结构与使用寿命；另一方面是粉末和颗粒型催化剂床层压降过大，气体流通阻力大而不利于大气量废气治理；另外粉末状和颗粒态催化剂在气速过大时易被吹走而造成催化剂的流失。相比于前两者，整体式蜂窝状催化剂整砌式装填使得传热均匀而不会造成局部高温，较高的孔隙率降低了床层压降和气体流通阻力，大的整体质量不会受气流影响而损失。因此，整体式催化剂在实际应用中具有巨大的优势。

整体式催化剂一般由基质(第一载体)、涂层(第二载体)和活性组分三部分组成，基质即蜂窝状载体，涂层被负载在基质上，而活性组分则分布在涂层上。涂层一般多为金属、稀土元素氧化物及其复合氧化物，譬如Al₂O₃、CeO₂、Ce_xZr_1-xO₂和TiO₂等，涂覆方法多为浸渍法和溶胶-凝胶(Sol-Gel)法。譬如TiO₂涂层的制备多选用Sol-Gel法：首先是将原材料分散在溶剂中，然后经过水解反应生成活性单体，活性单体进行聚合形成溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶，最后经过干燥和热处理后制备出纳米粒子的TiO₂涂层。此方法工艺繁琐，操作复杂，消耗化学试剂和时间。

整体式催化剂的活性组分是催化燃烧VOCs的核心部分，目前催化剂的活性成分根据主要活性元素可分为贵金属、过渡金属氧化物和复合氧化物三大类。过渡金属氧化物催化剂价格相对便宜，不易挥发和抗中毒能力强，但存在单个活性位的催化能力相对较低、起燃温度较高、起燃到完全转化的温差较大等缺点。因此，寻找一种优良的活性组分成为了近年来高性能催化剂的一个研究问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种整体式蜂窝状催化剂及其制备和应用方法，以解决上述存在的技术问题。本发明的制备方法直接将活性组分负载于催化剂基质的内外表面上，可简化制备过程并降低催化剂制备成本；在保证VOCs的降解效率维持在较高水平状态的同时可降低VOCs催化燃烧的温度。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种整体式蜂窝状催化剂，包括：催化剂基质和活性组分；活性组分直接负载于催化剂基质的内外表面上；活性组分包括：Cu、Mn与稀土元素Ce；催化剂基质为堇青石或碳化硅蜂窝状载体。