[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。

背景技术

挥发性有机物（VOCs）产生于石油炼制行业以及电子、印刷、涂料加工行业。大量排放的有机废气严重危害人类的健康。多数VOCs有异味，损害人体某些器官，产生病变，甚至致癌；此外，VOCs与臭氧等发生光化学反应，产生光化学烟雾；一些VOCs易燃易爆，给企业生产带来隐患。随着人们生活水平的提高，对生活环境的要求也越来越高，该种类气体的有效处理引起了人们广泛关注。在处理VOCs的技术中，催化燃烧法由于其能耗低和副产物无毒的特点而受到更多的重视。

催化燃烧催化剂通常为蜂窝陶瓷型结构，即采用蜂窝陶瓷作为基体，涂覆载体涂层，然后再负载催化剂活性组分。催化燃烧的效果，与催化剂涂层和基体的结合强度以及负载量密切相关，如果涂层与基体的结合强低、负载量少，则涂层在高空速气流的冲刷及热冲击下容易龟裂、剥落，造成催化剂的失活。因此，涂层与基体紧密结合以及负载量是保证催化剂长期稳定运行的关键。 

CN1415410A公开了一种催化燃烧催化剂及其制备方法，是将Al₂O₃、TiO₂、CeO₂、ZrO₂等组分加水制成浆液涂覆蜂窝陶瓷基体，再利用有机酸竞争吸附将贵金属负载在涂层上。该方法解决了贵金属分散不均匀的问题，但是载体涂层负载量比较低，在高空速气流的冲刷下易剥落。CN1488435A公开了一种催化燃烧催化剂及其制备方法。该发明是将硝酸铝与氨水混合调配成悬浊液，再按比例加入硅溶胶和碱金属硝酸盐的水溶液，形成涂覆液。该方法提高了载体涂层的牢固度，但是该发明要求浆液必须较稀，因此载体涂层的负载量比较低。CN102861594A公开了一种涂层浆液及其制备方法，该方法将拟薄水铝石、铈锆氧化物或者硝酸盐、硝酸镧、二氧化钛、硝酸铝、硝酸锰和硝酸铜球磨成均匀的浆液，之后用浓硝酸调节，制成涂层浆液。该方法需严格控制球磨浆液中颗粒的粒径，若粒径控制不当，得到的浆液涂层会发生龟裂。CN101439290A公开了一种蜂窝陶瓷型钙钛矿催化燃烧催化剂及其制备和应用，其中包括了浆液的制备，取适量的γ-Al₂O₃、Ce_mZr_1-mO₂、LaMnAl₁₁O₁₉、BaMnAl₁₁O₁₉或Sr₁₂Al₁₄O₂₁的金属氧化物和柠檬酸与去离子水混合搅拌制成稳定悬浮液，即涂层浆液。该浆液组分复杂，涂层比表面积低，需要多次涂覆，容易造成涂层脱落。

CN102049312A公开了一种催化燃烧催化剂，先对蜂窝陶瓷基体进行水热处理干燥，再涂覆氧化铝涂层，之后负载稀土金属氧化物和活性组分。该方法虽然提高了涂层与基体的结合强度，但水热处理耗时较长，长时间浸泡会导致基体的机械强度下降。

CN102872920A以及CN102872865A公开的方法中，都采用了对蜂窝陶瓷基体进行超声预处理的方法，预处理后的蜂窝陶瓷基体负载载体涂层，干燥和焙烧，浸渍活性金属组分，制成催化剂。该法解决了涂层容易龟裂和剥落的问题，但是严格控制超声预处理的时间及频率，以免导致微孔的孔壁过度塌陷，尤其是对于不同强度的基体，超声预处理要求较高，不利于工业化。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种催化燃烧催化剂及其制备方法，本发明催化剂涂层负载量大，牢固度高，具有良好的催化活性、稳定性和抗毒化性能，制备工艺简单，适用于工业应用。

本发明催化燃烧催化剂，以堇青石蜂窝陶瓷为基体，基体表面依次有硅铝涂层、复合涂层和活性组分，以催化剂总重量计，催化剂中含有堇青石蜂窝陶瓷80wt%~90wt%，硅铝涂层2wt%~9wt%，复合涂层3wt%~10wt%，活性组分0.01wt%~1wt%，活性组分为Pt、Pd、Rh、Ru和Ir中一种或几种，优选Pt或Pd；其中以硅铝涂层总重量计，硅铝涂层中含有二氧化硅10wt%~50wt%，氧化铝50wt%~90wt%；其中以复合涂层总重量计，复合涂层中含有二氧化钛40wt%~80wt%，二氧化硅5wt%~35wt%，氧化铝1wt%~10wt%，助剂10wt%~40wt%；其中助剂选自氧化铈、氧化锆或氧化镧中的一种或几种。

其中，二氧化钛为纳米级二氧化钛，粒度为10~200nm；二氧化硅的粒度为10~100nm；助剂的粒度为10~200nm。