[发明专利]一种钴基整体式催化剂的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明公布了一种钴基整体式催化剂的制备方法及其产品和应用，以活性氧化铝小球为整体式载体，以钴作为活性组分，利用醋酸钴饱和溶液等体积浸渍法制备而得。饱和溶液浸渍，实现钴前驱体在载体上的均匀高分散；利用还原气氛焙烧，避免前驱体中醋酸根离子高温剧烈燃烧，引起活性组分钴烧结，实现钴基整体式催化剂的稳定高分散，并改变活性位点化学状态提高反应活性；二者相协同实现钴基催化剂的高活性与高氮气选择性。本发明所得钴基整体式催化剂的氨氮去除率高、氮气选择性高，且制备工艺简单，易于规模化生产，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一催化剂的制备方法，具体涉及一种钴基整体式催化剂的制备方法及其产品和应用。

背景技术

四氧化三钴具有弱的金属-氧键使得其在多种反应中具有较好的催化活性，活性甚至可比拟贵金属催化剂。其在氨氮臭氧协同选择性氧化反应中，不仅具有较高的氨氮去除率，同时具有较高的氮气选择性。在解决水中氨氮超标和氨气恶臭气体等领域，因避免或缓解硝态氮二次污染问题，具有较好的应用前景。

根据《铝基催化剂制备、臭氧催化有机物和氨氮性能与应用研究》（吴宗蔚博士学位论文，2018年）中报道，1.5wt.Co₃O₄/γ-Al₂O₃催化剂，在臭氧浓度25mg/L，进气量1000mL/min，催化剂添加量为200g/L，常温常压反应360min，可实现水中100mg/L氨氮100%去除，氮气选择性为90%。专利201610996097.5公开了，当Co₃O₄/Al₂O₃催化剂投加量为100g/L，O₃浓度为2.4mg/L，O₃/O₂流量为1L/min，室温反应6h可实现200mg/L氨氮的100%转化。专利201610996137.6公开了，当Co₃O₄/Al₂O₃催化剂投加量60%时，O₃添加量为0.1-0.15kg/吨水/小时，室温反应6h可实现丙烯腈车间废水（1949mg/L氨氮）总氮去除率39.4%；太沙工业园制药废水（22.3mg/L氨氮）总氮去除率40.8%。

钴基催化剂具有较好的臭氧协同选择性催化氧化氨氮的性能。同时，钴作为过渡金属价格适中，具有较好的应用前景。但依然存在催化效率较低，直接导致催化剂相对于氨氮污染物浓度用量较大，增加了臭氧催化氧化处理成本。其次，当前催化剂臭氧利用率较低，需要引入大量臭氧，大大增加了运行成本。

添加助剂可以提高氨氮氧化效率，如专利202010427458.0公开了，当CoO-CeO/Al₂O₃催化剂投加量为10g/L，O₃浓度为31.3mg/L，O₃/O₂流量为0.2L/min，室温反应1h可实现1.43mg/L氨氮的80%转化；当CoO-CeO/Al₂O₃催化剂投加量为15-20g/L，O₃浓度为47.4-53.3mg/L，O₃/O₂流量为0.5-0.7L/min，室温反应1h可实现43.6-65.9mg/L氨氮的66-80.7%转化。但铈的添加会导致氨氮深度氧化为硝态氮，降低氮气选择性。

发明内容

针对上述问题，本发明目的在于提供一种钴基整体式催化剂的制备方法。

本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的钴基整体式催化剂产品。

本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。

本发明目的通过下述方案实现：一种钴基整体式催化剂的制备方法，以活性氧化铝小球为整体式载体，以钴作为活性组分，利用饱和溶液等体积浸渍法制备而得，包括以下步骤：

1）催化剂前驱体制备：