[发明专利]一种用于挥发性有机物催化氧化的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于挥发性有机物催化氧化的催化剂，尤其涉及一种用于高空速下挥发性有机物催化氧化的多级孔催化剂。

背景技术

挥发性有机物(Volatile Organic compounds，简称VOCs)，是一类有机化合物的统称。在常温常压下易挥发、大部分有毒有害而且普遍存在于室内外，对环境和人类都造成了严重的危害。挥发性有机物主要包括烃、醛、酮和酯等易挥发的污染物，其中属于芳香烃类的苯系物(比如苯、甲苯、二甲苯)带来的危害尤为突出。它主要来源于石油化工、钢铁制造、制药、印刷或喷漆等工业排放的废气。由于其具有易挥发的特点，不仅对人体的皮肤、呼吸道以及免疫系统造成严重的影响，甚至产生致癌致突变的危害。挥发性有机污染物的控制技术主要包括回收技术(吸收吸附法、冷凝法和膜分离法)和降解技术(光催化法、生物降解法、燃烧法和脉冲电晕法)。其中，燃烧法通常又可分为热力燃烧和催化燃烧(催化氧化)，而热力燃烧需要较高的操作温度，耗能高。催化燃烧则是借助催化剂在较低的温度下将挥发性有机物(VOCs)氧化成无害的二氧化碳和水蒸气，具有高效、节能、易控制等优点。

催化氧化的核心是高性能催化剂的设计、制备和选择。催化剂通常是由活性组分、助剂和载体三部分构成。由于其具有高的催化活性，好的热稳定性，低的起燃温度等优点，贵金属担载的催化剂的研究比较多。一般的催化剂适应的反应空速都比较低(5,000h^-1～30,000h^-1)，而实际的排放一般都是大风量高空速下的。适用于高空速下的催化剂，可以减少催化剂的用量，降低污染治理成本。但是一般的催化剂，很难实现在高空速下具有良好的催化活性。孔材料催化剂利用其高的比表面积，发达的孔隙结构，可以消除空间反应位阻，有效地分散活性相，从而实现挥发性有机物(VOCs)的高效催化氧化。我们考察过微孔-中孔氧化硅担载催化剂用于挥发性有机物的催化氧化，在抗积碳等方面取得良好的结果。然而具有大孔-介孔结构的多级孔催化剂由于其发达的三维有序大孔结构和较高的比表面积，不仅有利于反应物和生成物的扩散与传输，更有助于活性组分的分散，在高空速条件下可以对挥发性有机物表现出良好的活性和稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于挥发性有机物(VOCs)催化氧化的催化剂，尤其是一种用于高空速下挥发性有机物催化氧化的多级孔催化剂。上述催化剂包括具有大孔-介孔结构的多级孔氧化硅和负载在多级孔氧化硅上的活性组分，所述活性组分选自Pd和Pt中的至少一种。上述多级孔氧化硅作为催化剂的载体，优选地，所述多级孔氧化硅选自多级孔SBA-15和多级孔KIT-6。本发明中，大孔是指孔径为(300～450)nm的孔，介孔是指孔径为(4～7)nm的孔。

本发明提供的多级孔氧化硅载体的比表面积为500～800m²/g；多级孔氧化硅载体的孔容为0.6～1.2cm³/g。

本发明还提供了一种用于挥发性有机物(VOCs)催化氧化的催化剂的制备方法。所述制备方法以正硅酸四乙酯等为硅源，以聚苯乙烯微球(PS)和表面活性剂P123为模板剂，采用软硬双模板法合成。通过改变聚苯乙烯(PS)与硅源(比如正硅酸四乙酯)的质量比0.3:1～4:1来调节载体的孔结构。

本发明还提供了一种上述催化剂在催化氧化挥发性有机物中的应用。所述催化氧化优选在空速50,000～80,000h^-1下进行。所述挥发性有机物优选含有二甲苯、苯或甲苯的有机物。本发明的催化剂，在高空速50,000～80,000h^-1下，对二甲苯、苯和甲苯等芳香类挥发性有机物具有较高的催化活性。

发明的有益效果

本发明的催化剂载体为具有大孔-介孔结构的多级孔氧化硅，具备较大的比表面积和发达的孔隙结构，有利于活性组分分散，而且可以减小气流的阻力，消除空间反应位阻。在高空速下50,000～80,000h^-1对苯系物有机物表现出良好的活性。

附图说明

图1是本发明实施例1至3和对比例1制备的催化剂载体的XRD图谱；

图2是本发明实施例4、5和对比例2制备的催化剂载体的XRD图谱；

图3是本发明实施例2制备的催化剂的SEM图谱；

图4是本发明实施例4制备的催化剂的SEM图谱；

图5是本发明实施例4制备的催化剂的TEM图谱。

具体实施方式