[发明专利]一种用于催化燃烧VOCs的催化剂及其制备方法

权利要求书

1.一种用于催化燃烧VOCs的催化剂，其特征在于：包括整体式蜂窝状载体，载体材料为优质陶瓷堇青石或多孔金属，载体表面涂覆有纳米材料涂层作为基础涂层；载体上负载有由主活性组分、第二活性组分、助催化剂、调变剂、分散剂和黏合剂构成的混合物；其中主活性组分为0.01～0.5g/L的贵金属；以载体质量为基准，第二活性组分为1％-10％的过渡金属，助催化剂为1％-10％的稀土化合物或金属氧化物，调变剂为0.1％-5％的碱金属或碱土金属化合物，分散剂和黏合剂5％-30％的铝溶胶或硅溶胶。

2.根据权利要求1所述用于催化燃烧VOCs的催化剂，其特征在于：所述载体为方形或圆柱形蜂窝状，蜂窝孔大小为200～800目，载体在使用前经1％-10％稀硝酸、稀盐酸溶液进行表面处理备用。

3.根据权利要求1所述用于催化燃烧VOCs的催化剂，其特征在于：所述基础涂层的纳米材料为金属铝的硝酸盐或铝氧化物与钛、铈、锆、镧金属氧化物中的一种在酸性条件下制备的固溶体，其分子表达式为：AlX(Ti/Ce/Zr/La)_yO2，其中x:y＝(3～7):(7～3)。

4.根据权利要求1所述用于催化燃烧VOCs的催化剂，其特征在于：所述酸性条件所用的酸为柠檬酸或醋酸。

5.根据权利要求1所述用于催化燃烧VOCs的催化剂，其特征在于：所述主活性组分的贵金属为Au、Pt、Pd、Ru、Rh的一种或多种混合物。

6.根据权利要求1所述用于催化燃烧VOCs的催化剂，其特征在于：所述过渡金属为Mn、Fe、Ni、Cu、Zn的一种或多种混合物，稀土化合物中的稀土元素为La、Ce、Pr之一，金属氧化物是Al₂O₃、ZrO或SnO₂的一种或几种混合物；碱金属化合物是含Li、Na、K的一种或多种元素的化合物；碱土金属化合物是Mg、Ca、Ba的一种或多种元素的化合物。

7.一种用于权利要求1～6所述之一催化燃烧VOCs的催化剂制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，蜂窝载体预处理

将蜂窝陶瓷载体用1％-10％的稀硝酸处理，处理后浸渍于铝溶胶或硅溶胶中，充分浸渍后取出，干燥，焙烧；其中干燥温度80-150℃，干燥时间1-5h；焙烧温度400-800℃，焙烧时间2-6h；

第二步，纳米涂层固溶体的制备

取Al(NO₃)₃溶液和过渡金属硝酸盐或稀土金属硝酸盐用去离子水稀释，在酸性条件下进行加热和搅拌，直到形成胶体状，烧结后形成固溶体Al_X M_yO₂复合氧化物；

第三步，助催化剂涂层浆料的制备及负载

取固溶体Al_XM_yO₂与稀土氧化物混合研磨2-6h，研磨时加入去离子水，控制研磨颗粒粒径大小为纳米级，然后将研磨料与硅溶胶或铝溶胶混合，再加入一定摩尔比的调变剂，得到助催化剂分散的溶胶；

第四步，催化剂活性组分的制备

按摩尔配比将贵金属盐和过渡金属盐溶液充分混合，加入第二步中的助催化剂溶胶，搅拌研磨，分散均匀，得到的浆料待用，制备过程由自动化制浆系统完成；

第五步，催化剂载体涂覆

将第一步中处理好的蜂窝载体等体积浸渍于步骤第三步制得的浆料中，浸渍饱和后晾干陈化，放入烘箱进行程序升温干燥，之后再转入马弗炉进行高温焙烧，冷却后得到整体式蜂窝结构催化剂，载体与活性组分高强结合的；其中所述程序升温速率为5-10℃/min，干燥温度为80-150℃，干燥时间1-5h；焙烧温度为400-800℃，焙烧时间2-6h。

8.根据权利要求7所述用于催化燃烧VOCs的催化剂制备方法，其特征在于：所述第一步至第五步所有步骤均通过自动化涂覆生产线制备，自动进行催化剂原料配比添加、搅拌、均质、研磨、上浆、涂覆，并控制工艺过程的压力、温度、流量、重量指标。

9.根据权利要求7所述用于催化燃烧VOCs的催化剂制备方法，其特征在于：所述第一步中蜂窝载体为150×150×100的方形堇青石蜂窝载体，经5％的稀硝酸溶液处理，处理后浸渍于20％的铝溶胶中，干燥温度为80℃，干燥时间为2h；焙烧温度为400℃，焙烧时间为4h；

第二步的固溶体由Al(NO₃)₃粉末和Ce(NO₃)₃粉末用去离子水稀释混合，酸性环境通过加入醋酸调节构成，烘干烧结之后形成固溶体为铝铈复合氧化物AlCeO₂；

第三步中量取重量为6kg的铝铈复合氧化物AlCeO₂粉末状固溶体，调变剂为0.1mol的BaSO₄；

第四步中贵金属盐为0.15g/ml的Pt(NO3)₂溶液5L，用去离子水稀释成10L，过渡金属盐溶液为100gCuSO₄；

第五步中程序升温速率为5℃/min，干燥温度为120℃，干燥时间2h；焙烧温度为500℃，焙烧时间4h。