[发明专利]一种催化燃烧催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化燃烧催化剂及其制备方法，属于挥发性有机废气处理领域，尤其适用于总烃浓度大幅波动的有机废气的处理。

背景技术

挥发性有机物废气（VOCs）是一种常见的工业排放污染物，其中主要成分一般为烃类化合物，主要产生于石油炼制行业以及电子、印刷、涂料、油漆加工等行业。在VOCs 处理方法中，对于高浓度的有机废气可以采用回收利用的方法，相关方法包括吸收法、冷凝法和吸附法等。吸收法是采用溶剂对高浓度的VOCs进行吸收，再通过分离的方法得以回收；冷凝法是根据物质在不同温度和压力下具有不同的饱和蒸汽压的特性对有机物进行回收；吸附法是指VOCs废气与多孔性固体接触，当达到高浓度饱和状态时再通过解吸来达到回收的目的。对于较低浓度的VOCs废气，催化燃烧法是国外应用较为普遍的方法，具有起燃温度低、燃烧完全和无焰燃烧的特点。

催化燃烧处理方法的核心设备是催化燃烧反应器，催化剂放置于反应器内，催化剂形态一般为蜂窝状或球状，VOCs 废气通过催化剂孔道或间隙，在较低的温度下，废气中的有机物被彻底氧化成CO₂和H₂O，从而使废气得到净化。在废气净化过程中，催化剂起到了最为关键的作用。催化剂性能主要取决于其活性组分的催化性能和催化剂的性质稳定性，最终表现为催化剂保持较高催化剂活性的寿命时间。

催化剂活性组分方面，应用较为普遍的是贵金属型和金属氧化物型。专利CN1132682、CN1212889和CN102240560A中所述催化燃烧催化剂以贵金属为主要活性组分；专利CN101537351、CN101961653A和CN1472006公开了非贵金属为活性组分的催化剂制备方法，其活性组分一般为金属复合氧化物，其中的金属元素以稀土元素、碱土元素和过渡元素等为主；专利CN101439290公开了一种钙钛矿型催化燃烧催化剂的制备方法。在这些活性组分中，贵金属组分在催化活性上有优势，而复合氧化物则在催化剂成本上占有优势。

催化燃烧催化剂在类型上可以分为球形和蜂窝型两种，蜂窝型由于其压降小和制备工艺简单成熟的原因应用更加广泛。无论何种形式的催化燃烧催化剂，其都必须具有载体和活性组分两个基本部分。催化剂性能的好坏除活性组分的选择外，还必须充分考虑到催化剂载体的牢固程度和催化剂活性组分是否能够在其表面均匀分散，也就涉及到催化剂制备方法的改进。专利CN101811054A中公布了一种固溶体催化燃烧催化剂的制备方法，催化剂采用柠檬酸络合溶胶-凝胶法制备，活性组分为氧化铜和氧化铈，550℃和27000h^-1空速条件下，该催化剂在甲烷氧化最高可以达到90%。专利CN101733111A中公布了一种钙钛矿/二氧化铈复合催化剂的制备方法，其中纳米二氧化铈采用了柠檬酸络合自燃烧法和旋转蒸发组合法，所制得的催化剂具有催化剂活性高和成本低的优点。上述两个专利中，前者所制备的催化剂为粉末状，并无法实现工业化，且甲烷转化率也较低，后者制备方法过渡繁琐，条件控制困难。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种蜂窝型催化燃烧催化剂及其制备方法。该催化剂制备方法简单，催化剂中所含涂层与蜂窝陶瓷结合力强，不易脱落，具有较高的比表面积，有利于提高催化燃烧催化剂的稳定性及活性组分的均匀分布。

一种催化燃烧催化剂，由载体、复合涂层的和活性组分组成；所述载体为蜂窝陶瓷或复合氧化铝小球；所述复合涂层的重量含量不低于载体的10%，优选10%~15%；催化剂中复合涂层的重量含量为9%~13.5%，复合涂层中按重量计含有20%～60%的活性Al₂O₃，10%～55%的SiO₂，5%～35%的TiO₂；所述活性组分为稀土元素、碱土元素和/或过渡元素的复合金属氧化物，复合金属氧化物在催化剂中的重量含量为0.5～17%；，优选Ce、La和Zr的复合金属氧化物，活性金属元素摩尔比分别为1.5～4.5：1.5～4：0.1～1。

本发明催化剂中还可以进一步含有少量的贵金属，优选Pt和/或Pd，担载量为每升催化剂0.1～2.5g。该催化剂虽然在一定程度上提高了成本，但是具有起燃温度低的优点。

本发明催化剂的比表面积为10-15m²/g，孔容为0.02-0.03cm³/g，平均孔径为5-8nm。

一种催化燃烧催化剂的制备方法，包括涂层浆液配制、载体处理、涂层浆液涂覆及活性组分负载等过程。