一種整體式常溫低濃度一氧化碳催化劑及其制備和應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種整體式常溫低濃度CO催化劑及其制備方法。該催化劑是以堇青石蜂窩陶瓷為載體，涂覆含氧化鉍的涂層材料后負載貴金屬Pd制備而成。其中堇青石蜂窩陶瓷占活性涂層的質(zhì)量百分比為5～20%，貴金屬Pd在整體式催化劑中的含量為1.0～5.0g/L。該整體式催化劑采用等體積浸漬法制備，制備方法簡單，貴金屬用量低且利用率高，便于大規(guī)模工業(yè)化使用，在常溫（0～40℃）、高空速（～60000h-1）、高濕度（～100%RH）條件下實現(xiàn)低濃度CO（0～50ppm）的有效消除，適用于道路隧道或地下停車場等半封閉空間中低濃度CO的常溫消除。
【專利說明】一種整體式常溫低濃度一氧化碳催化劑及其制備和應用

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種整體式常溫低濃度CO催化劑及其制備方法，具體是一種氧化鉍改性的Pu-Cu整體式常溫低濃度CO催化劑及其制備方法。

【背景技術】
[0002]來自工業(yè)生產(chǎn)和汽車尾氣的CO是空氣中一種含量較多的環(huán)境污染物，它可以和人體的血紅蛋白結(jié)合，削弱血紅蛋白的輸氧能力，從而損害人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，導致人中毒甚至死亡。對于環(huán)境中存在的大量低濃度的一氧化碳，不能用物理吸附的方式消除，把CO常溫催化氧化成污染較低的CO2是最直接、簡單、廉價而有效的消除空氣中CO的方法和手段。
[0003]處理空氣中的污染物需要較大的空速，如使用粉末或顆粒狀的催化劑，很快會造成催化劑床層的堵塞，污染空氣很難通過催化劑床層，使得催化反應不能連續(xù)進行。整體式催化劑(monolithic catalysts)具有開孔率較大的平行孔道,有助于大風速的空氣通過，同時CO與催化劑接觸較均勻，催化劑利用率高，因此工業(yè)上一般采用整體式催化劑用于氣體的催化反應。
[0004]整體式催化劑的基本構(gòu)造是由載體、涂層和活性組分三部分組成的。常用的載體為堇青石蜂窩陶瓷，載體起到了支撐體的作用。為了增大載體的比表面積、減少活性組分用量和使活性組分更加均勻地分布在載體上，需要在載體表面涂覆上一層涂層，通常為高比表面積的Y -Al2O3或其他氧化物。目前常用的CO常溫催化氧化的活性組分為貴金屬(Au、Pd、Pt)或非貴金屬催化劑(Hopcalite催化劑和Co3O4X
[0005]CN101612581B報道了一種用于富氫氣體環(huán)境中CO凈化的整體式催化劑，活性組分為Pt，助催化劑為Ni，載體為涂覆C1-Al2O3的介孔-大孔載體。采用過體積浸潰法浸潰活性組分為Pt和助催化劑為Ni到載體上。該整體式催化劑能將氫氣中的一氧化碳降低到1ppm以下。
[0006]CN102114428B報道了一種用于常溫氧化CO、甲醛的整體式催化劑及其制備方法，將載體浸泡在輔助性涂層的前驅(qū)體溶液和主體涂層溶膠的混合液中，經(jīng)吹掃、烘干、煅燒，然后采用等體積浸潰法，將載體浸泡到氯鉬酸溶液和氯鈀酸溶液與助劑的硝酸鹽溶液混合液中，最后加入還原劑制得催化劑。該催化劑在常溫條件下能同時消除低濃度的CO和甲醛，抗毒、抗?jié)裥阅軓?，性能穩(wěn)定。
[0007]趙福真等人(無機化學學報，2013，29(4))研究了 CuxCei_x02_x/SBA_15/堇青石整體式催化劑對CO的催化氧化性能，催化劑表面的催化還原性能與Cua5Cea P1.5和Cu、Ce的比例有一定的關系，50% Cu0.5Ce0.50L5/SBA-15/堇青石整體式催化劑具有最好的催化活性，CO可以在140°C完全轉(zhuǎn)化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的之一在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種整體式常溫低濃度CO催化劑。
[0009]本發(fā)明的目的之二在于提供該催化劑的制備方法。
[0010]一種整體式常溫低濃度一氧化碳催化劑，其特征在于，該催化劑是載體、活性涂層和活性組分三部分組成；所述載體占催化劑的質(zhì)量百分比為87?94.6%，所述的活性涂層為氧化鉍改性的Y-Al2O3涂層，活性涂層占催化劑的質(zhì)量百分比為5?10% ;所述的活性組分為氯化鈀和氯化銅，氯化鈀占催化劑的質(zhì)量百分比為0.2?1%，氯化銅占催化劑的質(zhì)量百分比為0.4?2%。
[0011]所述的載體為堇青石蜂窩陶瓷，孔密度為100?400孔/平方英寸。
[0012]一種制備整體式常溫低濃度一氧化碳催化劑的方法，其特征在于，該方法的具體步驟為:
a.將23.2?92.8克硝酸鉍溶解于I升濃度為0.1?I mol/L的硝酸溶液中，加入200克Y-Al2O3粉末，在50?100°C中干燥，200?500°C馬弗爐中焙燒2?6小時，即得到氧化鉍改性Y -Al2O3粉末，氧化鉍占Y -Al2O3的質(zhì)量百分比為5?20% ；
b.將50?200克步驟a得到的氧化鉍改性Y-Al2O3粉末與100?500g擬薄水鋁石、10?50克異丙醇加入到500?1000克去離子水中，調(diào)成糊狀漿料，用質(zhì)量分數(shù)65%的硝酸調(diào)節(jié)該漿料的PH值至3-4，即得到含氧化鉍的涂層材料；
c.將堇青石蜂窩陶瓷載體浸潰于涂層材料中I?5分鐘，取出后將孔道內(nèi)多余的涂層材料吹掃干凈，在50?100°C烘箱中烘干I?5小時，然后在300?800°C馬弗爐中焙燒2?6小時；
d.將0.20?1.00克氯化鈀和0.67?3.34克氯化銅溶解在20毫升質(zhì)量分數(shù)為5?20%的氨水溶液中，將體積為5CmX5CmX5Cm的涂覆由涂層材料的堇青石蜂窩陶瓷浸潰在溶液中，待溶液完全吸收后，將整體式催化劑在100°C烘干，然后在200?500°C焙燒2?8小時。
[0013]所述的催化劑在常溫O?40°C、高空速?60000 h—1、高濕度?100% RH條件下實現(xiàn)低濃度O?50 ppm 一氧化碳的催化氧化，特別適用于道路隧道或地下停車場等半封閉空間中低濃度CO的消除。
[0014]本發(fā)明利用氧化鉍改性Pu-Cu整體式常溫低濃度CO催化劑，該催化劑具有在常溫(O?40°C)、高空速(?60000 h—1)、高濕度(?100% RH)條件下實現(xiàn)低濃度CO (O?50ppm)的有效消除，采用等體積浸潰法制備整體式催化劑，制備方法簡單，貴金屬利用率高、用量低，便于大規(guī)模工業(yè)化使用。

【具體實施方式】
[0015]以下對本發(fā)明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0016]對比例:
將1g Y-Al2O3粉末、40g擬薄水招石和1.5g異丙醇加入到50g去離子水中,攪拌條件下加入硝酸調(diào)節(jié)PH值至3-4，繼續(xù)攪拌20分鐘形成涂層材料；將已稱重的堇青石蜂窩陶瓷載體浸泡在涂層材料中5分鐘，取出后高壓氣槍吹掃，晾干，在50°C烘干，然后在550°C馬弗爐中焙燒4h。經(jīng)稱重，堇青石蜂窩陶瓷載體的活性涂層的負載量為17.5%。
[0017]將0.52 g PdCl2和1.67 g CuCl2溶于20mL質(zhì)量分數(shù)為20%的氨水中，待完全溶解后，將上述涂覆活性涂層的堇青石蜂窩陶瓷載體浸潰在溶液里，待溶液完全吸收后，將整體式催化劑在50°C烘干，最后在300°C馬弗爐中焙燒4h。其中Pd的負載量為2.5g/L，Cu的負載量為5g/L。
[0018]本對比例制備得到的整體式催化劑在常壓固定床U型反應器(內(nèi)徑為11 mm)中進行性能評價，反應溫度為30°C，C0濃度為30 ppm，其余為空氣，空速為24000 h—1，使用一氧化碳分析儀(Thermo，Model 48i)進行產(chǎn)物分析，本對比例制得的整體式催化劑對CO的催化效率為87.1%。
[0019]實施例1:
將活性氧化鋁浸潰于硝酸鉍溶液中，控制氧化鉍含量為載體總重量的5%，在50°C干燥，然后在300°C焙燒4小時。
[0020]將1g氧化鉍改性的Y-Al2O3粉末、40g擬薄水鋁石和1.5g異丙醇加入到50g去離子水中，攪拌條件下加入硝酸調(diào)節(jié)pH值至3-4，繼續(xù)攪拌20分鐘形成涂層材料；將已稱重的堇青石蜂窩陶瓷載體浸泡在涂層材料中5分鐘，取出后高壓氣槍吹掃，晾干，在50°C烘干，然后在550°C馬弗爐中焙燒4h。經(jīng)稱重，堇青石蜂窩陶瓷載體的活性涂層的負載量為18.2%。
[0021]將0.52 g PdCl2和1.67 g CuCl2溶于20mL質(zhì)量分數(shù)為20%的氨水中，待完全溶解后，將上述涂覆活性涂層的堇青石蜂窩陶瓷載體浸潰在溶液里，待溶液完全吸收后，將整體式催化劑在50°C烘干，最后在300°C馬弗爐中焙燒4h。其中Pd的負載量為2.5g/L，Cu的負載量為5g/L。
[0022]催化劑評價方法同對比例。測試結(jié)果表明，本對比例制得的整體式催化劑對CO的催化效率為89.5%。
[0023]實施例2:
將實施例1中氧化鉍含量改成10%，其余制備方法同實施例1。催化劑評價方法同對比例。測試結(jié)果表明，本實施例制備得到的整體式催化劑對CO的催化效率為95.1%。
[0024]實施例3:
將實施例1中氧化鉍含量改成15%，其余制備方法同實施例1。催化劑評價方法同對比例。測試結(jié)果表明，本實施例制備得到的整體式催化劑對CO的催化效率為92.4%。
[0025]實施例4:
將實施例1中氧化鉍含量改成20%，其余制備方法同實施例1。催化劑評價方法同對比例。測試結(jié)果表明，本實施例制得的整體式催化劑對CO的催化效率為90.0%。
【權(quán)利要求】
1.一種整體式常溫低濃度一氧化碳催化劑，其特征在于，該催化劑是載體、活性涂層和活性組分三部分組成；所述載體占催化劑的質(zhì)量百分比為87?94.6%，所述的活性涂層為氧化鉍改性的Y-Al2O3涂層，活性涂層占催化劑的質(zhì)量百分比為5?10% ;所述的活性組分為氯化鈀和氯化銅，氯化鈀占催化劑的質(zhì)量百分比為0.2?1%，氯化銅占催化劑的質(zhì)量百分比為0.4?2%ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種整體式常溫低濃度一氧化碳催化劑，其特征在于，所述的載體為堇青石蜂窩陶瓷，孔密度為100?400孔/平方英寸。
3.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的整體式常溫低濃度一氧化碳催化劑的方法，其特征在于，該方法的具體步驟為: a.將23.2?92.8克硝酸鉍溶解于I升濃度為0.1?I mol/L的硝酸溶液中，加入200克Y-Al2O3粉末，在50?100°C中干燥，200?500°C馬弗爐中焙燒2?6小時，即得到氧化鉍改性Y -Al2O3粉末，氧化鉍占Y -Al2O3的質(zhì)量百分比為5?20% ； b.將50?200克步驟a得到的氧化鉍改性Y-Al2O3粉末與100?500g擬薄水鋁石、10?50克異丙醇加入到500?1000克去離子水中，調(diào)成糊狀漿料，用質(zhì)量分數(shù)65%的硝酸調(diào)節(jié)該漿料的PH值至3-4，即得到含氧化鉍的涂層材料； c.將堇青石蜂窩陶瓷載體浸潰于涂層材料中I?5分鐘，取出后將孔道內(nèi)多余的涂層材料吹掃干凈，在50?100°C烘箱中烘干I?5小時，然后在300?800°C馬弗爐中焙燒2?6小時； d.將0.20?1.00克氯化鈀和0.67?3.34克氯化銅溶解在20毫升質(zhì)量分數(shù)為5?20%的氨水溶液中，將體積為5CmX5CmX5Cm的涂覆由涂層材料的堇青石蜂窩陶瓷浸潰在溶液中，待溶液完全吸收后，將整體式催化劑在100°C烘干，然后在200?500°C焙燒2?8小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種整體式常溫低濃度一氧化碳催化劑在常溫O?40°C、高空速?60000 1Γ1、高濕度?100% RH條件下實現(xiàn)低濃度O?50 ppm—氧化碳的催化氧化,特別適用于道路隧道或地下停車場等半封閉空間中低濃度CO的消除。
【文檔編號】B01D53/86GK104324737SQ201410616165
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】何丹農(nóng), 高振源, 吳美健, 趙昆峰, 楊玲, 蔡婷, 袁靜, 爨謙 申請人:上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司