[发明专利]一种环氧乙烷双活性位燃烧催化剂及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种环氧乙烷双活性位燃烧催化剂及其制备与应用，所述双活性位催化剂以堇青石为载体，分别以贵金属和复合金属为活性组分，所述贵金属为Pt、Pd、Au中的一种，所述贵金属质量负载量为0.1～0.7％，所述复合金属为Co、Zn、Cu、Ce、Ni、Mn中的任意两种以质量比1：1～10的混合，所述复合金属质量负载总量为3～10％。本发明使用浸渍法制备得到双活性位催化剂，制备方法简单灵活，在催化燃烧环氧乙烷中呈现了优良的低温活性，T₅₀＝142℃，T₉₀＝147℃。比目前市场上已经工业化的催化剂活性降低了80℃以上。

(一)技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，特别涉及用于低温催化燃烧净化环氧乙烷催化剂的制备方法。

(二)背景技术

环氧乙烷(EO)是一种最简单的环醚有机化合物，化学式为C₂H₄O，是继甲醛后的第二代高效的低温消毒制剂。EO不仅对微生物有高效的抑制作用，更对孢子和病菌具有显著的破坏作用；EO蒸汽压较大，对消毒物品穿透性强可穿透灭菌物微孔至物品深部，保证其灭菌效果，因此基于EO的高效广谱杀菌特性。美国20世纪90年代起几乎所有的医疗器械物品均采用EO进行消毒，近年来我国也将EO广泛的应用于不耐高温、高湿的设备及医药制品，如光学仪器、精密器械、电子元件、塑料封装等的灭菌。在杀毒灭菌的尾端则会排放出大量高浓度的环氧乙烷蒸气，与此同时，EO具有潜在的高毒性，不仅对人体还是对环境均会产生影响。EO还具有高的挥发性，含量在700ppm以上就可以被人们所闻到。我国现在严格规定环氧乙烷废气的排放标准必须小于等于5mg/m³。

目前，环氧乙烷的主要治理方法有吸附法、吸收法、燃烧法、生物降解法等。例如吸收法和吸附法，由于环氧乙烷溶解需要一定的时间、温度等条件，每立方米的水对于吸收环氧乙烷的量及吸收效果都很有限，而且高浓度的环氧乙烷被水吸收后会产生高浓度的废水，造成严重的二次污染并且具有一定的毒害性。而能够彻底消除环氧乙烷的燃烧法，燃烧的过程需要大量的能耗；而且环氧乙烷蒸气能与空气形成爆炸范围广阔的混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险，因此使用直接燃烧法消除环氧乙烷具有一定的安全隐患；目前，使用生物降解法降解环氧乙烷则存在降解效率不高，以及降解成本过高的问题；如中国专利(CN106540754 A,CN106064087 A等)所述催化燃烧法具有净化效率高、无二次污染、能耗低、工艺简单、使用范围广等特点，成为当前有机废气治理研究及应用的主流。

另外，在工业上，使用催化燃烧的方法废气治理中多采用整体式催化剂。由于堇青石蜂窝陶瓷具有高的机械强度以及优良的热传导能力，因此常用于作为整体式基体。但是目前市场上报道的堇青石整体式催化剂对环氧乙烷的低温催化燃烧能力T₉₀一般在300℃左右，例如在这个温度下催化燃烧环氧乙烷存在极高的安全隐患，极易发生燃爆，并且环氧乙烷的爆炸当量是TNT的2.7～5倍。环氧乙烷蒸气与空气易形成爆炸范围广阔的混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险，如果环氧乙烷废气能够在低温的条件下被去除，则会极大地消除高温催化燃烧环氧乙烷的安全隐患，并且能够极大程度地降低能耗。本发明则提出了一种低温催化燃烧降解环氧乙烷的方法。

(三)发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的不足，提出了一种用于环氧乙烷低温催化燃烧的双活性位催化剂及制备方法，该催化剂的一部分活性位由复合金属氧化物提供，另一部分活性位由贵金属提供，能够在相对低温、温和的条件下，将高浓度的环氧乙烷高效、快速降解为CO₂和H₂O，T₉₀能够达到150℃左右，并且转化率能够稳定达到99％以上。

本发明采用的技术方案是：