[发明专利]一种粉煤灰固体酸催化剂及其制备方法和应用

说明书

一种粉煤灰固体酸催化剂及其制备方法和应用，向粉煤灰中加入适量的NaOH在60℃下混合搅拌得到活化后的粉煤灰；在去离子水中加入硝酸铈和硝酸锆，搅拌溶解，将活化的粉煤灰加入到该溶液中，再滴加稀硫酸在80℃下搅拌6 h，过夜陈化，烘干焙烧，得到固体酸催化剂SO₄^2‑/CeO₂‑ZrO₂‑CFA。本发明催化剂成本低廉，操作简单，催化燃烧中活性高，稳定性好，相比于直接燃烧法，该催化剂能够在较低的温度下将有机物完全氧化，能够有效的抑制催化剂的烧结，多次使用仍有较高活性，大大节约了资源，具有极高的推广和利用价值。

技术领域

本发明属于催化剂领域，尤其涉及一种粉煤灰固体酸催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

挥发性有机化合物(VOCs)是指常温下饱和蒸气压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物的总称。VOCs毒性强、存在时间长，对人类的身体健康造成了极大的危害。因此，如何将这些污染物有效的去除成为一项重要的挑战。在VOCs的处理技术中，催化燃烧法具有起燃温度低，活性高，不产生中间产物没有二次污染，催化剂使用寿命长等特点，可以将空气中的VOCs经济有效的去除。

在用于催化燃烧的催化剂中，粉煤灰类催化剂受到广泛的关注，主要由于其强大的吸附能力和较大的比表面积，以及能够很容易的改变表面酸性形成较强的路易斯酸基团，大大增强了催化剂的活性。刘树森以粉煤灰为载体负载Co氧化物的催化剂在实验过程中仅在350℃下甲苯的去除率达到了90％左右。但粉煤灰催化剂在用于催化燃烧过程中都会存在催化剂烧结的问题，烧结容易诱导活性中心团聚长大使得有效活性位点急剧减少，从而导致催化剂迅速失活，实用价值大大降低。而以粉煤灰负载的固体催化剂通过负载CeO₂和ZrO₂，三者之间相互作用形成固溶体，不仅使得催化剂活性大大提高，而且由于Ce和Zr存在能有效的抑制烧结反应，提高了催化剂的稳定性和使用寿命。

粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是热电厂排出的主要固体废弃物，堆存不仅会造成环境污染，更是对土地资源的浪费。因此，如何有效的利用粉煤灰对资源节约、环境保护有着重要的意义。粉煤灰的化学成分主要为SiO₂和Al₂O₃，是固体酸催化剂制备的主要载体。粉煤灰颗粒呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有较高的吸附活性，经过处理制备成固体酸催化剂能够有效的将粉煤灰“变废为宝”，即解决了环境污染问题又能够将废弃资源再利用，是一种绿色、经济、高效的制备方案，具有极高的推广和利用价值。粉煤灰表面具有致密的玻璃态结构，形成了一层保护膜，抑制了反应物与活性位点的接触，通过碱活化破坏了原有硅酸盐玻璃网络，使得粉煤灰表明更加粗糙不平，增大了比表面积，能够让 CeO₂和ZrO₂均匀高度分布在表面，提高负载率。在酸性条件下，负载于粉煤灰上的活性组分之间发生强烈的相互作用，使得Ce³⁺和Zr³⁺分别与SO₄^2-形成稳定的配位键，增大了催化剂的晶化程度，并使SO₄^2-与粉煤灰结合更加牢固，增强了催化剂的稳定性和抗烧结能力。并且由于CeO₂-ZrO₂固溶体存在，经过酸化之后提高了路易斯酸基团的酸性，增加了酸性中心，并且相比于活化之前的粉煤灰其表面积增加了数倍，在反应中具有很高的活性。

发明内容

解决的技术问题：本发明提供一种粉煤灰固体酸催化剂及其制备方法和应用，该固体酸催化剂具有较强的酸活性中心能够高效稳定的去除挥发性有机物，并且制备原料成本低、制备工艺简单，对设备腐蚀性小，具有较好的热稳定性能够有效的抑制催化剂的烧结，多次使用仍然有着较高的活性，大大节约了资源。