一種區(qū)塊分布式貴金屬?gòu)?fù)合氧化物VOCs催化劑及制備方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種區(qū)塊分布式貴金屬?gòu)?fù)合氧化物VOCs催化劑及制備方 法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種區(qū)塊分布式貴金屬?gòu)?fù)合氧化物VOCs 催化劑及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003] VOCs (揮發(fā)性有機(jī)化合物）主要來(lái)自石油化工、化學(xué)合成、生物制藥、垃圾處置、污 水處理、有機(jī)溶劑、皮革、印染、化學(xué)助劑、飼料加工等行業(yè)，對(duì)人體健康及環(huán)境造成了很大 的影響，是PM2. 5的主要前體物。目前國(guó)家政府及環(huán)境保護(hù)部門(mén)已對(duì)其帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn) 題高度重視，關(guān)于VOCs的排放標(biāo)準(zhǔn)正在不斷加嚴(yán)。
[0004] 目前國(guó)內(nèi)外惡臭氣體治理技術(shù)主流技術(shù)為熱氧化法，即利用高溫燃燒、蓄熱燃燒 等方法對(duì)VOCs進(jìn)行熱氧化分解，能夠比較徹底的將VOCs氧化為無(wú)害氣體。
[0005] 鑒于氣體處理的特點(diǎn)，需要熱氧化設(shè)備能夠在很短時(shí)間內(nèi)將VOCs充分氧化，由于 高溫燃燒會(huì)產(chǎn)生氮氧化合物、二噁英等二次污染物，所以越來(lái)越多的熱氧化設(shè)備采用了催 化氧化的方式。催化劑的使用，可以大大降低反應(yīng)溫度，起到節(jié)約能耗和避免二次污染的作 用，而催化劑在熱氧化設(shè)備中起到了越來(lái)越重要的作用。
[0006] 目前VOCs催化劑多采用貴金屬、尖晶石型氧化物、鈣鈦礦型氧化物等形式，這些 催化劑材料各有利弊。如貴金屬催化劑催化效果最佳，但是價(jià)格昂貴且抗中毒性較差，氧化 物催化劑對(duì)處理的有機(jī)氣體有一定的選擇性且效果相對(duì)于貴金屬而言不太穩(wěn)定。
[0007] 因此，合理的設(shè)計(jì)催化劑材料，使催化劑能夠更有效的發(fā)揮作用，使催化效果和經(jīng) 濟(jì)性可以達(dá)到較好的統(tǒng)一，以及增加催化劑的穩(wěn)定性和適應(yīng)性，是目前亟待解決的技術(shù)問(wèn) 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種區(qū)塊分布式貴金屬?gòu)?fù)合氧 化物VOCS催化劑及制備方法，本技術(shù)采用熱穩(wěn)定性好的堇青石蜂窩陶瓷做為催化劑的載 體，載體的蜂窩孔道上分布有基礎(chǔ)涂層，基礎(chǔ)涂層的材料為Y -Al2O3、鈰鋯固溶體和氧化物 催化劑，在基礎(chǔ)涂層上分布有貴金屬催化劑涂層。
[0009] 以此技術(shù)制備的催化劑，相比單純的貴金屬催化劑，可以大大降低貴金屬的使用 量，并通過(guò)將較少的貴金屬合理分布在涂層的對(duì)應(yīng)區(qū)塊，能夠?qū)OCs中抗氧化性較強(qiáng)的一 些大分子起到很好的催化作用，達(dá)到快速氧化的效果。同時(shí)，將成本更低的氧化物催化劑合 理分布在涂層的底層和內(nèi)部微孔結(jié)構(gòu)，可以有效的對(duì)小分子氣體進(jìn)行催化。兩種催化劑材 料的合理分布，既能起到很好的催化效果，又大大降低了貴金屬的使用量，節(jié)約了成本。 [0010] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種區(qū)塊分布式貴金屬?gòu)?fù)合氧化 物VOCs催化劑，用堇青石蜂窩陶瓷做為載體，載體的蜂窩孔道上分布有基礎(chǔ)涂層，基礎(chǔ) 涂層材料包括Y-A1A、鈰鋯固溶體和氧化物催化劑。鈰鋯固溶體的鈰鋯比例為（3~7): (7~3)，氧化物催化劑材料為Mn-Cu-Fe-Co復(fù)合型氧化物，質(zhì)量比MnO :CuO =Fe2O3:Co 304 =(5~8) : (2~4) : (1~3) : (1~2)，Y-A1203、鈰鋯固溶體、氧化物催化劑的質(zhì)量比為（15~25): 1: (2~10)。在基礎(chǔ)涂層制備過(guò)程中，氧化物催化劑與氧化鋁充分混合，分步均勻并深入其 微孔結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)涂層的厚度為〇. 4~0. 5mm?；A(chǔ)涂層材料上分布有貴金屬催化劑層，貴金屬 催化劑更多分布和富集在基礎(chǔ)涂層的表層位置。
[0011] 本發(fā)明所述的貴金屬催化劑材料為鈀金Pd。
[0012] 一種區(qū)塊分布式貴金屬?gòu)?fù)合氧化物VOCS催化劑的制備方法，包括以下步驟： 1) 制備基礎(chǔ)涂層漿料：氧化物催化劑材料、Y-Al2O3和鈰鋯固溶體按質(zhì)量比混合，并加 入清水進(jìn)行8~12小時(shí)研磨，研磨后漿料的固含為25%~35%，粉末粒徑為5~20 μ m ; 2) 涂敷基礎(chǔ)涂層：用孔目數(shù)為200cpsi (孔數(shù)/平方英寸）的堇青石蜂窩陶瓷做為載 體，將載體浸漬在基礎(chǔ)涂層漿料中，使?jié){料分布在堇青石蜂窩陶瓷載體的孔道結(jié)構(gòu)上，并用 0.1 MPa的壓縮氣體吹出蜂窩陶瓷載體孔隙內(nèi)多余的漿料，IKTC _120°C干燥2~2. 5小時(shí)， 450~500°C焙燒5-6小時(shí)；這樣含有金屬氧化物的漿料就完成了在堇青石蜂窩陶瓷載體孔 道中的分布。陶瓷載體的基礎(chǔ)涂層總含量達(dá)到80~100g/L，涂層厚度為0. 4~0. 5mm。
[0013] 3)涂敷貴金屬催化劑涂層：將上一步制成的半成品浸入質(zhì)量濃度為0. 5~5%的 硝酸鈀溶液中，浸漬2 0~3 0秒后取出，用0.1 MPa壓縮空氣吹去孔道中剩余液體，再在 110°C _120°C空氣中干燥2~2. 5小時(shí)，并在500°C ~550°C空氣中焙燒3~4小時(shí)，冷卻，獲得 催化劑最終產(chǎn)品。貴金屬含量達(dá)到〇. 2~0. 5g/L，涂層厚度忽略不計(jì)。
[0014] 本發(fā)明采用分步式涂敷工藝，達(dá)到催化劑區(qū)塊分布的目的，氧化物催化劑更多的 分布在高比表面積涂層材料的內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)，針對(duì)更容易進(jìn)入孔道的小分子進(jìn)行催化作 用。貴金屬催化劑更多的富集在涂層材料的表面和外部孔道結(jié)構(gòu)，針對(duì)不容易進(jìn)入孔道的 大分子進(jìn)行催化作用。兩種催化劑的復(fù)合使用，既能夠降貴金屬的使用量，降低成本，也同 時(shí)能夠達(dá)到很好的催化效果。
[0015] 本專(zhuān)利的貴金屬催化劑材料選用鈀金Pd,相比于目前常用的Pd-Pt系貴金屬，材 料單價(jià)降低60%，貴金屬總量降低70%，而氧化性更好，起燃溫度更低。氧化物催化劑材料選 用Mn-Cu-Fe-Co復(fù)合型氧化物，對(duì)不同VOC s的適用性更強(qiáng)。
[0016] 合理的涂敷工藝是將不同催化劑材料進(jìn)行區(qū)塊分布的關(guān)鍵，本發(fā)明專(zhuān)利的催化劑 采用分步涂敷工藝：首先，氧化物催化劑材料在基層材料的研磨過(guò)程中即一并加入并共同 進(jìn)行研磨，從而在的基礎(chǔ)涂層的微孔結(jié)構(gòu)中充分的導(dǎo)入氧化物催化劑材料。研磨后的漿料 通過(guò)浸漬法分布在堇青石陶瓷蜂窩載體的孔道內(nèi)，浸漬后的載體進(jìn)行烘干和焙燒。然后，貴 金屬催化劑材料浸漬導(dǎo)入涂層結(jié)構(gòu)，更多的富集在涂層的表層結(jié)構(gòu)中。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明制備的催化劑，少量的貴金屬催化劑富集在涂層表 面和淺層，能夠使催化劑