[发明专利]一种W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种W‑Nb‑Ti‑Al‑O复合催化剂及其制备方法与应用。该催化剂主要由摩尔比为W：Nb：Ti：Al＝(3～0.5)：(4～1)：1：(0.02～0.05)化学元素复合制备而成。该复合催化剂所用原料来源丰富，价格便宜，安全无毒，并且避免了传统催化剂中V物种的毒性。本发明制备的催化剂还具有较好的机械强度和耐酸腐蚀性能，可抵抗750℃短时间的高温冲击，并且对挥发性有机污染物具有较好的催化燃烧性能，在350℃的温度以下可将其完全催化降解。涉及的制备方法具有较好的可操作性，容易重复，易于大规模生产。整个制备过程不产生有毒副产物，不仅提高了原料利用率、也避免了制备过程对于环境及人体的影响。

技术领域

本发明属于固体酸催化剂技术领域。主要涉及一种W-Nb-Ti-Al-O复合金属氧化物催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)是指蒸汽压在室温时大于70Pa、沸点在常压时低于260℃的一大类有机化合物，该类有机物广泛来源于精细化学品、石油炼制、纺织、包装、家庭装修、金属抛光等过程，是一类重要的空气污染物，对环境和人类具有极大的危害性。

目前，VOCs废气治理工艺主要有吸附、吸收和高温热分解三种工艺，其中热分解法由于能够将有害物质完全分解转化为水、二氧化碳等无害物而被广泛应用，但由于其反应温度较高，因此能耗较大，而且易产生NO_x、二噁英等二级污染物。几年来，催化燃烧热分解法是有力去除工业生产过程中涉及的低浓度、高风速、大容量、复杂成分VOCs的一项技术，具有处理效率高、低能耗、无二次污染等优势，逐渐引起人们的关注，其核心技术是开发具有高催化活性、选择性和稳定性的高效催化剂体系。传统的催化燃烧热分解法大多采用负载型贵金属催化剂(如Pt-Pd/Al₂O₃)，活性高，但价格昂贵，而且易在催化燃烧过程中因苛刻的水热环境以及Cl、S、重金属元素的存在而失活，仅在少部分领域得到了工业应用。因此，非贵金属催化剂成为近年来研究的热点，V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂体系是典型代表，但由于V的毒性问题，过渡金属和/或稀土氧化物因廉价从而被考虑，如CrO_x/Al₂O₃，CeO₂-CrO_x，CeO₂-TiO₂，Fe₂O₃-ZrO₂，以及Co₃O₄-MnO_x-TiO₂，这些氧化物复合所得催化剂体系，对单一组成的VOC气体的催化分解活性较好、耐久性较高，反应所需温度较低(350℃以下)；而单组份金属氧化物所需的氧化温度较高(400～500℃)、催化活性较低。由于工业有机废气的复杂性，除了V₂O₅-WO₃/TiO₂，上述金属氧化物催化剂目前大多仍处于实验室研究阶段。

发明内容

本发明针对的技术问题是：现有技术中分解VOCs采用的催化剂体系成本高、活性组分V有毒性、酸性较弱、深度氧化能力不足等，导致催化剂对VOCs的吸附能力较弱、深度氧化能力不足、长期抵抗水汽和稀盐酸腐蚀能力较弱。

针对上述问题，本发明提供了一种W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂的制备方法，并将其应用在碳氢、卤代VOCs有机废气的治理领域。该催化剂的原材料来源丰富、价格便宜，制备方法简单易行，所得催化剂对于典型挥发性有机污染物，尤其是氯化和/或溴化的挥发性有机物具有较高的催化分解效果。

本发明是通过以下技术方案实现的

一种W-Nb-Ti-Al-O复合催化剂，该催化剂由化学元素W、Nb、Ti、Al和O复合制备而成，各金属元素的摩尔比为W：Nb：Ti：Al＝(3～0.5)：(4～1)：1：(0.02～0.05)。