[发明专利]一种VOCs低温催化燃烧的负载型催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护和化学化工技术领域，具体涉及一种用于将甲醛、甲苯等VOC气体完全催化燃烧分解成CO₂和H₂O的负载型介孔炭催化剂制备方法。

背景技术

当今，人类正面临“煤烟污染”、“光化学烟雾污染”之后，以“室内空气污染”为主的第三次环境污染。美国专家检测发现，在室内空气中存在500 多种挥发性有机物，其中致癌物质就有 20 多种，致病病毒 200 多种。其中危害较大的主要有以氡为代表的放射性污染；以甲醛、甲苯、苯、三氯乙烯等为代表的挥发性有机物污染。大量触目惊心的事实证实，室内空气污染已成为危害人类健康的“隐形杀手”，也成为全世界各国共同关注的问题。研究表明，室内空气的污染程度要比室外空气严重 2～5 倍，在特殊情况下可达到 100 倍。因此，需要对挥发性有机物的净化，是保证室内环境中人们健康的关键，也为室内环境净化研究开辟了一个新的领域。另外，在许多的工业生产排放的尾气中也含有大量甲醛等挥发性有机物，开发成本的快速净化技术，具有很强的实用价值。

催化燃烧作为一种处理有机废气的有效方法，具有可以高空速处理有机废气以及不会产生有害副产物等优点。对于催化燃烧技术，活性好、稳定性好的完全氧化催化剂是关键。甲醛等挥发性有机物的催化燃烧催化剂，多采用贵金属催化剂，活性组分主要是Pd、Pt等。但是，随着以贵金属作为活性组分在汽车尾气处理等领域的大量使用，Pt、Pd、Rh等贵金属价格大幅上涨，因此如何使贵金属催化剂在保持对于挥发性有机物废气高催化活性的同时，最大程度降低成本是研究者普遍关注的问题。

发明内容

针对传统贵金属催化剂存在的成本过高问题，公开了一种新型催化剂RTCC-1及其制备方法，通过TSC-1介孔炭载体的使用，基于其独特孔道结构和化学组成，可以在保持催化剂高活性的同时，显著降低催化剂中贵金属活性物种的载量，大大降低了生产成本，具有很广的应用范围。

本发明采用的技术路线是：先将贵金属前驱体加入至金属或非金属氧化物前驱体溶液中，混合均匀后调节体系pH至适当值形成凝胶，再将混合后的上述凝胶加入到一定量的TSC-1介孔炭载体中，最后经焙烧和氢气还原后压片并粉碎成20-60目颗粒。

本发明公开了一种新型催化剂及其制备方法，其特征在于以下制备过程：

(1)      取一定量的金属或非金属氧化物前驱体溶解于一定量溶剂中，金属或非金属氧化物为正硅酸乙酯、硅酸钠、硝酸铈、钛酸丁酯、钛酸异丙酯、硝酸铜、硝酸铝、异丙醇铝、氧氯化锆中的任意一种或几种，溶剂为去离子水、无水乙醇、2-丙醇中的一种；

(2)      在上述凝胶体系中加入贵金属活性物种前驱体，贵金属活性物种前驱体为乙酰丙酮钯、Pd(NO₂)₂(NH₃)₂、乙酰丙酮铂、Pt(NO₂)₂(NH₃)₂中的任一种，并用硝酸、氢氧化钠溶液或氨水调节体系pH至3.5-10.5之间，必要时加入沉淀剂，形成凝胶；

(3)      将混合后的体系加入至一定量的TSC-1介孔炭分子筛载体物质中，混合均匀并静置12～24小时；调贵金属:氧化物:TSC-1载体间的质量比为0.1～2.5:10～25:250；

(4)      在氮气气氛保护下，将催化剂于350-550 ℃温度下焙烧6小时，升温速率5 ℃/min；

(5)      贵金属还原：使用氢气于300-350 ℃还原贵金属物种，升温速率2 ℃/min，保持4小时。

本发明的优点在于：大大降低了挥发性有机物催化燃烧贵金属催化剂的生产成本，使其大规模商业化应用成为可能。本发明制备的催化剂活性高，能将甲醛等挥发性有机物氧化为二氧化碳和水，转化率可以达到100%，无CO、甲醇等副产物生成，彻底消除了甲醛等挥发性有机物对环境和人体健康的危害。同时，本发明使用的催化剂制备工艺简单、成本可控稳定性好。因此，本发明具有良好的应用前景。

具体实施方式

实施例1

Pd/SiO₂/TSC-1催化剂制备过程：