[发明专利]VOCs催化氧化负载型催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种VOCs催化氧化负载型催化剂的制备方法，包括：在堇青石基底上涂覆TiO₂晶种；通过水热合成法在堇青石基底生长TiO₂纳米阵列：然后负载Pt贵金属；并制备La_0.8Sr_0.2MnO₃钙钛矿前驱体及负载：最后再次负载贵金属，最终得到Pt/LSMO/TiO₂/Pt复合催化剂。所制备的Pt/LSMO/TiO₂/Pt催化剂结构稳定性好，表面暴露活性数量大大增加，应用于甲苯的催化氧化中，表现出较低的起燃温度，在240℃即可达到98％的转化率，具有较高的催化活性。

技术领域

本发明涉及一种VOCs催化氧化负载型催化剂及其制备方法。

背景技术

目前，挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是一种能与大气形成光化学反应的空气污染物。其代表性物质有：甲苯，二甲苯，乙酸乙酯等。其对人体健康和环境有很大的危害。VOCs在环境中的大量释放会经过反应促进光化学烟雾和温室效应等的产生。光化学烟雾中的微粒和臭氧会严重影响免疫系统、呼吸系统、生殖系统等，最严重可引发癌症和突变等健康问题。鉴于其对人类以及环境构成的极大危害。所以开发出一种净化VOCs的技术是目前亟待解决的难题。

当前用于净化VOCs的工业方法主要有：吸收法、低温等离子体法、吸附法、生化法、冷凝法、膜分离法、光催化氧化法和燃烧法。而催化氧化技术操作简单，投资低，净化效果好，被认为是众多技术中最具有应用前景的方法。研究应用于VOCs净化的催化剂中主要分为：贵金属型催化材料、过渡金属氧化物和钙钛矿及尖晶石型催化剂。虽然利用催化氧化技术可以在适当温度下有效去除VOCs，但是在常温下尚不能达到VOCs的排放要求。催化材料的形貌结构、比表面积、活性组分的种类和分散度，以及反应条件对VOCs的催化氧化有很大影响，如何克服催化反应过程中的碳、硫和氯等元素对催化剂引起的积炭与中毒，开发出一种活性高、抗毒性强、热稳定性高的催化剂是VOCs催化氧化技术亟待解决的问题。

目前钙钛矿型催化剂由于其灵活的电子结构，热稳定性良好，资源丰富而备受关注。研究者们开发了三维大孔(3DMacro-)、三维介孔(3DMeso-)及负载型钙钛矿催化剂，Dai等(Liu Y X，et.al.，J.Catal.，2012，287:149)采用模板剂法成功制备出了3DMacro-LaMnO3催化剂，表明其对甲苯的催化燃烧具有一定的催化活性。Chen等(Chen Y W，et.al.，Environ.Sci.Pollut.Res.，2016，23:15193)将Pd负载于在LaCuCoO/堇青石之上，研究表明，Pd负载在钙钛矿上的催化剂活性及抗硫性均高于未负载贵金属的催化剂。众多研究表明贵金属催化剂对于VOCs催化氧化具有较好的低温催化氧化性能，但是鉴于贵金属成本高，在反应过程中容易中毒而失活。

多孔材料TiO₂由于其高稳定性，环境友好型且高的耐酸碱性被广泛应用于载体催化剂的制备材料。专利CN 108295866A公开了以TiO₂为载体，以CeO₂和柠檬酸为助剂，同时添加Pt贵金属的催化剂的制备方法。但是过程复杂，工序繁多，而且复杂的贵金属组分易产生聚集，导致催化剂在高温区域段易烧结而失活严重。活性远达不到工业需求。专利CN108404920A公开了用于VOCs催化氧化的催化剂的制备方法，采用原子沉积法制备了Pt-CeO₂/TiO₂，其中所需的原子沉积仪设备要求高，前驱体处理步骤复杂繁琐。而且这些催化剂贵金属抗毒性较差，稳定性效果还不太好。

因此，以简便的方法制备低贵金属负载量高活性高稳定性的VOCs催化氧化的负载型催化剂是具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种VOCs催化氧化负载型催化剂及其制备方法，可以有效解决上述问题。

本发明是这样实现的：