[发明专利]一种用于有机废气催化燃烧的复合催化剂、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合有机废气催化燃烧催化剂，具体地说涉及一种活性高、抗硫中毒、成本低、寿命长的用于有机废气催化燃烧的堇青石蜂窝陶瓷催化剂，属于催化剂技术领域。

背景技术

有机废气(VOCs)在各类工业生产过程中都有产生，如何利用尽量少的资源有效处理废气并减少污染物的产生成为关切的热点。催化燃烧技术降低了污染物的排放，具有起燃温度低、能耗低和燃烧稳定等优势，因此催化燃烧催化剂在有机废气治理、能源的回收利用和发电方面受到人们的普遍关注。

现有的有机废气催化燃烧催化剂的制备过程一般采用氧化铝作为过渡涂层，存在涂层与堇青石载体结合的牢固性差、比表面积低、不易吸附活性组分等缺点。活性组分的负载一般采用热吸附法或者浸渍法，因吸附不充分使贵金属利用率低，浸渍法则容易使活性组分在催化剂表面分布不均匀，从而导致催化活性下降。仅以贵金属为活性组分的催化剂成本较高，抗中毒能力较差。仅以非贵金属为活性组分的催化剂起燃温度高，寿命短。

发明内容

本发明的目的是提供一种高活性，热稳定性好的高效催化燃烧催化剂、制备方法及应用。本发明以大孔和高粘复合拟薄水铝石为过渡材料，Ce、Zr、La、Y为助催化元素，Cu、Mn、Zn、Fe非贵金属和Pt-Pd双元贵金属为活性组分制成高活性、抗硫中毒、低成本的贵金属催化剂。

本发明的用于有机废气催化燃烧的堇青石蜂窝陶瓷贵金属催化剂是Pt-Pd/Cu-Mn-Zn-Fe/过渡层/堇青石催化剂，使用堇青石蜂窝陶瓷为第一载体，大孔和高粘复合拟薄水铝石为第二载体(过渡胶)，La、Y、Ce、Zr中任选两种为助剂，非贵金属Cu、Mn、Zn、Fe和贵金属Pd、Pt为活性组分，其中，第二载体和助剂组成过渡层；Cu、Mn、Zn、Fe的质量比为3∶1∶1∶1；第二载体含量为堇青石的5-15wt％、助剂含量为第二载体质量的0.5-2.5％，非贵金属活性组分Cu、Mn、Zn、Fe的总含量为堇青石载体的2～5wt％，Pd和Pt的总含量为堇青石载体质量的0.05％～0.5％。

本发明催化剂的具体制备方法，包括如下步骤：

(1)堇青石蜂窝陶瓷表面酸处理处理；

将堇青石蜂窝陶瓷，放入硝酸溶液中，进行酸蚀预处理1～4h，除去表面杂质，水洗后于鼓风干燥箱中100～120℃，干燥2～6h。

(2)载体堇青石蜂窝陶瓷的过渡层负载；

(a)将大孔和高粘拟薄水铝石进行混合得到混合物A，将助催化元素La、Y、Ce、Zr的硝酸盐任选两种进行混合得到混合物B，将A、B与去离子水混合，配成过渡涂层，充分搅拌后用硝酸调配溶液pH值为1～3，水解后的过渡涂层液继续搅拌2～4h；

(b)将(1)所得载体浸入过渡涂层液中，浸渍饱和后取出，用压缩空气将孔道中多余的溶液吹去，然后放于烘箱中100～120℃，干燥2～4h；

(c)重复步骤(b)可得到多次涂膜陶瓷载体，直到负载量达到5～15wt％；

(d)将浸渍后的催化剂载体于400～550℃焙烧2～6h；

(3)涂膜堇青石蜂窝陶瓷浸渍法负载非贵金属元素：

按照Cu、Mn、Zn、Fe的质量比为3∶1∶1∶1，将四种非贵金属元素的硝酸盐溶解，调节溶液的PH为2～3，将(2)所得载体浸渍在此溶液中，浸渍饱和后取出，100～120℃烘干2～6h，400～550℃焙烧2～6h；

(4)涂膜堇青石蜂窝陶瓷沉淀-热吸附耦合法负载贵金属Pd：

配制Pd的硝酸盐溶液(H₂PdCl₆·6H₂O)，用1mol·L^-1的氨水溶液逐滴加入上述混合溶液中，陈化2～4h后，将(3)所得载有非贵金属的载体浸渍在此溶液中，加热沸腾2～4h，冷却后用水合肼还原2h，100～120℃烘干2～6h，400～550℃焙烧2～6h；

(5)涂膜堇青石蜂窝陶瓷沉淀-热吸附耦合法负载贵金属Pt：

配制Pt的硝酸盐溶液(H₂PtCl₆·6H₂O)，用1mol·L^-1的氨水溶液逐滴加入上述混合溶液中，陈化2～4h后，将(4)所得负载型载体浸渍在此溶液中，加热沸腾2～4h，冷却后用水合肼还原2h，100～120℃烘干2～6h，400～550℃焙烧2～6h，得到Pt-Pd/Cu-Mn-Zn-Fe/过渡层/堇青石催化剂。