[发明专利]一种利用含铁固废制备VOCs催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种利用含铁固废制备VOCs催化剂的制备方法，及其对于挥发性有机化合物的催化氧化。以含铁固体废和有机质的混合粉末作为催化剂的载体材料，负载金属(Mn、Fe、Ni、Ce和V中的一种)氧化物活性组分，并掺杂助剂(Fe、Co、Ce的硝酸盐和CaCO₃中的一种)制备出可高效催化氧化VOCs的催化剂。其中，负载锰元素同时掺杂铈元素的催化剂具有最佳的催化活性。

技术领域

本发明属于大气污染治理领域，具体涉及一种利用含铁固废制备VOCs催化剂的制备方法。

背景技术

作为形成大气臭氧和细颗粒物污染的关键前体物，挥发性有机物(VolatileOrganic Compounds，VOCs)的排放控制是当前大气污染防治工作的重点。《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》将挥发性有机物定义为“参与大气光化学反应的有机化合物，包括非甲烷烃类(烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等)、含氧有机物(醛、酮、醇、醚等)、含氯有机物、含氮有机物、含硫有机物等”，其中包括含氯有机物在内的大部分VOCs具有高毒性，部分具有(潜在)致癌性，影响大气环境质量的同时也直接或间接地危害人体健康。目前常用的VOCs污染控制技术主要有热力燃烧法、催化燃烧法、吸附法、吸收法、冷凝法等，作为一种传统的有机废气治理技术，催化燃烧技术凭借其处理效率高、能耗低和无二次污染的特点成为最具应用前景的技术之一，其中高性能催化材料的开发是该技术体系的核心，参与催化燃烧反应的催化剂主要由载体、涂层和活性组分三部分组成，其中，载体是催化剂的关键构成部分，载体的作用除了担载分散活性组分外，还可明显改善催化活性，这不仅是因为负载后活性组分的分散性能得到改善，更是因为在适当的负载比例时两者之间具有协同作用。目前使用较为广泛的VOCs催化剂载体材料为TiO₂，如WO₃-V₂O₅/TiO₂、MnO_x/TiO₂等。然而，TiO₂载体材料的生产制备过程复杂、操作要求高，致使催化剂产品价格过高，不利于催化剂产品的销售和VOCs催化净化技术的推广应用。因此，研制出低成本载体，进行开发出催化降解VOCs的高效催化剂，对于治理VOCs污染具有重要的现实意义。

钢铁冶炼过程需要经过采矿、选矿、烧结、炼铁、炼钢、轧钢等生产工序，钢铁冶炼的同时也会产生含铁固体废弃物。我国含铁固体废弃物分布广、产量大，但目前其综合利用率过低、利用途径有限，并且含铁固体废弃物的大量堆积也会造成环境污染、资源浪费、处理耗资巨大及尾矿库溃坝隐患等问题。实现含铁固体废弃物的综合利用，开发具有高附加产值、经济有效、绿色环保的功能性材料，是含铁固体废弃物处置技术重要的发展方向，必将会带来巨大的社会效益和经济效益。含铁固体废弃物自身多具有一定的吸附性能，其主体成分表现为化学惰性，且具有较好的稳定性和机械强度，很适合用作催化剂载体材料；另外，含铁固体废弃物中含有一定量化学性质活泼的金属元素，这些金属元素可以一定程度上提升催化剂的催化性能。然而，目前有关利用含铁固体废弃物作载体制备用于催化降解VOCs催化剂的研究仍未见报道，相关研究处于空白期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用含铁固废制备VOCs催化剂的方法，该方法以含铁固废为主要原料，并以有机质作为助剂制备出载体，再采用采用湿式浸渍法制备出可高效降解VOCs的低成本催化剂，同时也为大宗含铁固体废弃物的资源化利用提供了一条新途径。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种利用含铁固废制备VOCs催化剂的制备方法，该方法的步骤是：

1)以含铁固废和有机质混合粉碎筛分后，再在氮气气氛下400～650℃焙烧1～6h得到催化剂载体；所述含铁固废的质量组成为SiO₂:35～45％；Fe₂O₃:5～15％；TiO₂:1～8％；MgO:8～15％；其他:17～51％；所述有机质占含铁固废与有机质总量的质量分数为1～5％；