[发明专利]贵金属负载阳离子掺杂型HAP在VOCs催化燃烧中的应用

说明书

本发明属于贵金属负载阳离子掺杂型HAP在VOCs催化燃烧中的应用。该催化剂组分包括：HAP及含不同掺杂阳离子成分的HAP载体，不同阳离子成分主要有铈、钛、钨、钒，采用水热法制备；以及负载在载体上的贵金属物质金、钌、铂和钯，采用尿素沉淀法制备。按本发明制备的催化剂有较强的抗杂原子性能，耐氯、硫、氮原子中毒；同时具有耐高温抗烧结特性，在持续高温下催化剂结构性质保持稳定、不易失活。本发明制备方法简单，可以改变原料比例及工艺参数对催化剂的化学性质，如氧化还原性和表面酸碱性进行调控。上述优势能够有效地解决含杂原子VOCs处理工艺难，投入成本高，系统运行寿命短等问题，实现高效，低成本降解，不产生二噁英等二次污染物。

技术领域

本发明属于催化剂制备及其环保应用领域，具体涉及贵金属负载阳离子掺杂型HAP在VOCs催化燃烧中的应用。

背景技术

含氯挥发性有机化合物(CVOC)广泛存在于各个领域，如机械制造、石油化工、制药、喷涂涂料行业。CVOC在使用的过程中通过挥发、泄露、排放等途径进入环境中，造成臭氧层破坏、光化学烟雾和全球变暖，此外，CVOC分子中氯元素电负性很强，在自然界中游离性状态下难以被生物降解，易在生物体内累积，具有很强的“三致作用”。

CVOC的净化治理技术主要包括焚烧法、冷凝法、生物法、催化燃烧法等。其中，催化燃烧法是治理含氯挥发性有机物的有效手段，在较低温度下，将废气中的CVOC在催化剂的作用下完全氧化为CO₂/CO、H₂O、Cl₂和HC1。氯代有机气体反应物被吸附于催化剂表面，降低了CVOC的活化能，加快了反应速率。催化燃烧法相对于其他方法优点突出，具有操作温度低、能耗低、效率高、无二次污染等优点，广泛应用于实际生产中。然而，催化剂氯中毒失活和二次副产物等问题逐渐成为制约该技术发展的瓶颈。开发高活性、高选择性、使用寿命长的新型催化剂是催化燃烧CVOC技术应用的迫切需求。

此外，催化燃烧催化剂的一般要求是：在一定的燃料/空气比下应具有低的起燃温度；在最低预热温度和最大传质条件下仍能保持完全转化率；燃烧反应是放热反应，释放出大量的热可使催化剂的表面达到500～1000℃的高温，而催化剂容易因熔融而降低活性，要求催化剂能耐高温烧结。因此，催化燃烧技术的核心难点是抗中毒、抗烧结新型催化剂的开发。

过渡金属氧化物(如钒基、锰基等)具有较高的催化活性，但其本身具有高毒性或易发生氯中毒等缺点；非贵金属催化剂的催化活性较低；贵金属催化剂对催化燃烧具有高活性，但活性受多种因素的影响：如载体种类﹑颗粒粒径、催化剂的预处理、活性组分的负载量等影响因素。贵金属催化剂在催化氧化CVOC的过程中，易与氯物种发生反应，导致失活，甚至发生亲电加氯反应和表面异构反应，转化为氯氧化物，再与氯苯类进一步反应，生成具有更高毒性的多氯产物，导致催化活性降低，稳定性较差。贵金属催化剂易在较高的温度下易烧结，因升华而导致活性组份流失，使活性降低；也可能因为堵塞或者结焦而造成失活；还有可能因为中毒导致活性降低等因素。因此开发一种高活性、耐高温、高选择性的催化剂至关重要。

发明内容

本发明的意义在于克服了上述中贵金属催化剂存在的缺点。

本发明采用的技术方案通过以下步骤来实现：

1、制备HAP和不同金属成分HAP载体

(1)将硝酸亚钙溶液和磷酸氢二铵溶液混合形成乳白色沉淀溶液，并通过氨水调节PH；在水浴中搅拌2～3h；将所得悬浮液抽滤、洗涤，放入烘箱110～120℃干燥过夜；放入马弗炉450～550℃焙烧，其中500℃是最优温度，焙烧时间为4.5～5.5h，其中焙烧5h是最优时间。

在上述实施方案中，称取14.1g硝酸亚钙、不同摩尔Ca/P磷酸氢二铵，摩尔比Ca：P＝1.45、1.5、1.55、1.6、1.67、1.7，以探究最合适的钙磷比，使催化剂达到最好的活性。