本發(fā)明屬于工業(yè)廢氣催化燃燒及資源利用催化材料
技術領域：
，具體為一種催化燃燒VOCs整體式復合催化劑、制備方法及應用。
背景技術：
：催化燃燒具有節(jié)省能源，凈化率高，起燃溫度低，無二次污染，工藝簡單，實用范圍廣等優(yōu)點，被廣泛應用于石油化工、印刷、涂料、噴漆、煉膠、制藥等行業(yè)的有機廢氣(VOCs)處理中。催化燃燒技術作為一種新型的燃燒技術，其技術核心體現(xiàn)在開發(fā)出活性高及熱穩(wěn)定性好的催化劑，其應用前景非常廣闊。目前國內外催化燃燒所用的催化劑主要分為貴金屬和非貴金屬兩類。前者貴金屬催化劑主要以Rh、Pt、Pd、Ru等制得，其催化活性高、使用壽命長，但成本高。后者非貴金屬催化劑主要以過度金屬V、Mn、Co、Cr、Cu、Fe、Ni、Ti、Sr等及稀土金屬La、Ce、Zr、Pr等制得，其成本低廉、穩(wěn)定性好，在一定條件下可達到貴金屬催化劑的催化效果，故倍受研究者的青睞。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種原料均為非貴金屬，價格低廉，對甲苯或其它VOCs工業(yè)廢氣的催化活性高、在高空速下燃燒溫度低的催化燃燒VOCs整體式復合催化劑、其制備方法及應用。本發(fā)明目的通過以下技術方案來實現(xiàn)：一種催化燃燒VOCs整體式復合催化劑，所述催化劑以堇青石陶瓷為第一載體，以γ-Al2O3為第二載體，在粘合劑的作用下，負載主催化劑和助催化劑所形成的整體式復合催化劑。作為本發(fā)明一種催化燃燒VOCs整體式復合催化劑的一個具體實施例，所述粘合劑占復合催化劑總質量的1.0～2.5％，所述粘合劑為甲氧基聚乙二醇、一水合氧化鋁、聚乙烯醇中的一種或多種。作為本發(fā)明一種催化燃燒VOCs整體式復合催化劑的一個具體實施例，所述主催化劑為Fe2O3、NiO、CuO、Cr2O3、MnO2中的兩種或兩種以上，所述助催化劑為La2O3、ZrO2、TiO2中的一種或多種；所述主催化劑占復合催化劑總質量的3.5～9.0％；所述助催化劑占復合催化劑總質量的0.2～1.2％。作為本發(fā)明一種催化燃燒VOCs整體式復合催化劑的一個具體實施例，以復合催化劑總質量計，所述主催化劑各組分的質量分數(shù)為Fe2O3：0～1.8％，NiO：0～2.0％，CuO：1.0～2.5％，Cr2O3：0～2.0％，MnO2：0～4.0％；所述助催化劑各組分的質量分數(shù)為La2O3：0～1.0％，ZrO2：0～1.0％，TiO2：0～1.0％。作為本發(fā)明一種催化燃燒VOCs整體式復合催化劑的一個具體實施例，所述堇青石陶瓷載體占復合催化劑總質量的75～83％，所述γ-Al2O3占復合催化劑總質量的8～14％；所述堇青石陶瓷載體的孔密度為50～200孔/英寸2。本發(fā)明還提供所述催化燃燒VOCs整體式復合催化劑的制備方法，包括以下步驟：1)將主催化劑金屬氧化物的水溶性鹽配制成總金屬離子濃度為110～178g/L和助催化劑金屬氧化物的水溶性鹽配制成總金屬離子濃度為5～29g/L的溶液，水浴加熱并攪拌；2)將γ-Al2O3粉緩慢加入上述溶液中，持續(xù)攪拌40～60min，后靜置沉化2～4h；經干燥、焙燒得復合催化劑粉末；3)向粘合劑和上述步驟制備的復合催化劑粉末中加入去離子水，球磨攪拌25～50min，得復合催化劑漿液，其中，粘合劑與復合催化劑粉末的質量比為7～15％；4)將堇青石陶瓷浸入上述漿液中，浸漬1～3min后取出，迅速吹通孔道并去除多余的漿液，室溫下陰干，然后經干燥、焙燒即得整體式復合催化劑。作為本發(fā)明催化燃燒VOCs整體式復合催化劑制備方法的一個具體實施例，步驟1)中所述水浴加熱的溫度為50～80℃，時間為30～50min。作為本發(fā)明催化燃燒VOCs整體式復合催化劑制備方法的一個具體實施例，步驟2)中，所述干燥溫度為90～100℃，時間為3～6h；所述焙燒溫度為550～650℃，時間為5～7h。作為本發(fā)明催化燃燒VOCs整體式復合催化劑制備方法的一個具體實施例，步驟4)中，所述涂覆的漿液量占涂覆物的35～65％，所述干燥溫度為90～120℃，時間為6～8h，所述焙燒溫度為550～650℃，時間為5～7h。本發(fā)明還提供所述催化燃燒VOCs整體式復合催化劑的應用，所述復合催化劑應用于甲苯或VOCs工業(yè)廢氣的催化燃燒。本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明復合催化劑原料均為非貴金屬，成本價格低廉；2、在高空速(20000h-1)條件下，本發(fā)明的復合催化劑對甲苯的催化活性高，其反應溫度在230℃時就可起燃；在350℃時就可完全燃燒。符合催化燃燒法工業(yè)VOCs治理技術，且完全轉化溫度350℃遠低于標準催化劑工作溫度700℃。3、本發(fā)明的催化劑為整體式復合催化劑，與非整體式催化劑(如顆粒式催化劑)相比，在催化劑還原、催化劑裝填等工序更方便、快捷。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實施例1本實施例催化燃燒VOCs整體式復合催化劑各成分及其含量(以復合催化劑總質量計)如下表所示：成分CuOMnO2ZrO2γ-Al2O3粘結劑堇青石含量％1.6523.2980.35312.3721.41480.911本實施例催化燃燒VOCs整體式復合催化劑的制備方法，具體過程如下：1)取8.11gCu(NO3)2·3H2O、35.20gMn(NO3)2·6H2O、2.00gZr(NO3)4·5H2O溶于20g去離子水，并水浴加熱至60℃，攪拌30min；2)稱20gγ-Al2O3粉，緩慢加入上述復合催化劑溶液，持續(xù)攪拌50min，再靜置陳化3h后置于90℃的烘箱中干燥4h，最后將烘干的樣品在600℃的馬弗爐中焙燒6h，得復合催化劑粉末；3)稱取1.44g一水合氧化鋁與18g上述制備的復合催化劑粉，加入30g去離子水，球磨攪拌30min，得復合催化劑漿液；4)取100孔/英寸2的堇青石質量為10.00g在上述漿液中浸漬2min后取出，迅速吹通孔道并去除多余的漿液，使涂覆的漿液重量為6g，室溫下陰干，轉移至100℃的烘箱中干燥6h，再在550℃的馬弗爐中焙燒5h，即得整體式復合催化劑，編號Cat.1。實施例2本實施例催化燃燒VOCs整體式復合催化劑各成分及其含量(以復合催化劑總質量計)如下表所示：成分NiOCuOMnO2Cr2O3ZrO2La2O3γ-Al2O3粘結劑堇青石含量％1.3211.3221.3221.3220.4410.43712.6031.68979.543本實施例催化燃燒VOCs整體式復合催化劑的制備方法，具體過程如下：1)取8.98gNi(NO3)2·6H2O、7.01gCu(NO3)2·3H2O、15.24gMn(NO3)2·6H2O、12.15gCr(NO3)3·9H2O、2.68gZr(NO3)4·5H2O、2.03gLa(NO3)3·6H2O溶于40g去離子水，并水浴加熱至60℃，攪拌30min；2)稱22gγ-Al2O3粉，緩慢加入上述復合催化劑溶液，持續(xù)攪拌50min，再靜置陳化3h后置于90℃的烘箱中干燥4h，最后將烘干的樣品在600℃的馬弗爐中焙燒6h，得復合催化劑粉末；3)稱取1.8g甲氧基聚乙二醇與20g復合催化劑粉，加入30g去離子水，球磨攪拌30min，得復合催化劑漿液；4)取80孔/英寸2的堇青石質量為9.00g在上述漿液中浸漬2min后取出，迅速吹通孔道并去除多余的漿液，使涂覆的漿液重量為5.5g，室溫下陰干，轉移至100℃的烘箱中干燥6h，再在550℃的馬弗爐中焙燒5h，即得整體式復合催化劑，編號Cat.2。實施例3本實施例催化燃燒VOCs整體式復合催化劑各成分及其含量(以復合催化劑總質量計)如下表所示：成分NiOCuOMnO2ZrO2γ-Al2O3粘結劑堇青石含量％1.4071.4081.4070.30312.1411.51581.818本實施例催化燃燒VOCs整體式復合催化劑的制備方法，具體過程如下：1)取10.38gNi(NO3)2·6H2O、8.10gCu(NO3)2·3H2O、17.6gMn(NO3)2·6H2O、2.00gZr(NO3)4·5H2O溶于40g去離子水，并水浴加熱至60℃，攪拌30min；2)稱23gγ-Al2O3粉，緩慢加入復合催化劑溶液，持續(xù)攪拌50min，再靜置陳化3h后置于90℃的烘箱中干燥4h，最后將烘干的樣品在600℃的馬弗爐中焙燒6h，得復合催化劑粉末；3)稱取2.00g一水合氧化鋁與22g復合催化劑粉，加入30g去離子水，球磨攪拌30min，得復合催化劑漿液；4)取150孔/英寸2的堇青石質量為10.00g在上述漿液中浸漬2min后取出，迅速吹通孔道并去除多余的漿液，使涂覆的漿液重量為5.00g，室溫下陰干，轉移至100℃的烘箱中干燥6h，再在550℃的馬弗爐中焙燒5h，即得整體式復合催化劑，編號Cat.3。實施例4本實施例催化燃燒VOCs整體式復合催化劑各成分及其含量(以復合催化劑總質量計)如下表所示：成分Cr2O3CuOMnO2La2O3TiO2γ-Al2O3粘結劑堇青石含量％1.3791.3791.3790.3450.34511.1991.28282.692本實施例催化燃燒VOCs整體式復合催化劑的制備方法，具體過程如下：1)取16.21gCr(NO3)3·9H2O、9.35gCu(NO3)2·3H2O、20.32gMn(NO3)2.6H2O、2.05gLa(NO3)3·6H2O、2.85gTi(NO3)4溶于40g去離子水，并水浴加熱至60℃，攪拌30min；2)稱25gγ-Al2O3粉，緩慢加入復合催化劑溶液，持續(xù)攪拌50min，再靜置陳化3h后置于90℃的烘箱中干燥4h，最后將烘干的樣品在600℃的馬弗爐中焙燒6h，得復合催化劑粉末；3)稱取1.6g一水合氧化鋁和甲氧基聚乙二醇的混合物與20g復合催化劑粉，加入30g去離子水，球磨攪拌30min，得復合催化劑漿液；4)取100孔/英寸2的堇青石質量為9.00g在上述漿液中浸漬2min后取出，迅速吹通孔道并去除多余的漿液，使涂覆的漿液重量為4.5g，室溫下陰干，轉移至100℃的烘箱中干燥6h，再在550℃的馬弗爐中焙燒5h，即得整體式復合催化劑，編號Cat.4。實施例5本實施例催化燃燒VOCs整體式復合催化劑各成分及其含量(以復合催化劑總質量計)如下表所示：成分Fe2O3NiOCuOCr2O3La2O3ZrO2γ-Al2O3粘結劑堇青石含量％1.6291.8041.6291.6300.4660.46510.0521.41480.911本實施例催化燃燒VOCs整體式復合催化劑的制備方法，具體過程如下：1)取14.76gFe(NO3)3·9H2O、11.36gNi(NO3)2·6H2O、8.86gCu(NO3)2·3H2O、15.37gCr(NO3)3·9H2O、2.22gLa(NO3)3·6H2O、2.90gZr(NO3)4·5H2O溶于50g去離子水，并水浴加熱至60℃，攪拌30min；2)稱18gγ-Al2O3粉，緩慢加入復合催化劑溶液，持續(xù)攪拌50min，再靜置陳化3h后置于90℃的烘箱中干燥4h，最后將烘干的樣品在600℃的馬弗爐中焙燒6h，得復合催化劑粉末；3)稱取1.44g聚乙烯醇與18g復合催化劑粉，加入30g去離子水，球磨攪拌30min，得復合催化劑漿液；4)取150孔/英寸2的堇青石質量為10.00g在上述漿液中浸漬2min后取出，迅速吹通孔道并去除多余的漿液，使涂覆的漿液重量為6g，室溫下陰干，轉移至100℃的烘箱中干燥6h，再在550℃的馬弗爐中焙燒5h，即得整體式復合催化劑，編號Cat.5。實施例6本實施例催化燃燒VOCs整體式復合催化劑各成分及其含量(以復合催化劑總質量計)如下表所示：成分Fe2O3CuOMnO2Cr2O3ZrO2TiO2γ-Al2O3粘結劑堇青石含量％1.3911.3891.3911.3910.4640.46412.0531.85479.604本實施例催化燃燒VOCs整體式復合催化劑的制備方法，具體過程如下：1)取11.68gFe(NO3)3·9H2O、7.00gCu(NO3)2·3H2O、15.24gMn(NO3)2·6H2O、12.15gCr(NO3)3·9H2O、2.68gZr(NO3)4·5H2O、2.85gTi(NO3)4溶于40g去離子水，并水浴加熱至60℃，攪拌30min；2)稱20gγ-Al2O3粉，緩慢加入復合催化劑溶液，持續(xù)攪拌50min，再靜置陳化3h后置于90℃的烘箱中干燥4h，最后將烘干的樣品在600℃的馬弗爐中焙燒6h，得復合催化劑粉末；3)稱取1.8g一水合氧化鋁和聚乙烯醇的混合物與18g復合催化劑粉，加入30g去離子水，球磨攪拌30min，得復合催化劑漿液；4)取200孔/英寸2的堇青石質量為9.00g在上述漿液中浸漬2min后取出，迅速吹通孔道并去除多余的漿液，使涂覆的漿液重量為5.8g，室溫下陰干，轉移至100℃的烘箱中干燥6h，再在550℃的馬弗爐中焙燒5h，即得整體式復合催化劑，編號Cat.6。本發(fā)明整體式復合催化劑活性測試活性測試條件：甲苯濃度：1000×10-6、甲苯與空氣物質的量之比1:1000，空速：20000h-1，反應出口尾氣直接與氣相色譜相連，進行檢測。實施例1至6制備的催化劑活性測試結果如下表1所示。表1實施例1至6催化劑活性測試結果催化劑T10(甲苯轉化率為10％的反應溫度)T90(甲苯轉化率為90％的反應溫度)Cat.1263℃363℃Cat.2248℃349℃Cat.3260℃357℃Cat.4227℃332℃Cat.5258℃355℃Cat.6233℃341℃如上表所示：在高空速(20000h-1)條件下，本發(fā)明的復合催化劑對甲苯的催化活性高，其反應溫度在230℃時就可起燃；在350℃時就可完全燃燒。符合催化燃燒法工業(yè)VOCs治理技術，且完全轉化溫度350℃遠低于標準催化劑工作溫度700℃。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3