[发明专利]锆钇复合柱撑蒙脱土负载钴催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的锆钇复合柱撑蒙脱土负载钴催化剂的制备方法，该改性蒙脱土负载钴催化剂是一种催化氧化挥发性有机化合物(VOCs)的有效催化剂。

背景技术

催化燃烧是控制VOCs最有效的方法。研究发现，载体在提高催化剂活性方面起着很重要的作用。与一般的催化剂载体相比，粘土作为天然的铝硅酸盐，由于分布广泛、储量丰富、价格便宜具有很大的商业吸引力。柱撑改性后的粘土由于其多孔性、反应活性和热稳定性，在用作催化剂载体方面更具有独特的作用。采用过渡金属为活性组分代替或部分代替传统的贵金属催化剂，基于其资源丰度、成本、制备工艺以及性能等优势，在有机废气治理方面已显示出越来越优越的开发应用前景。特别是近来国际市场贵金属的价格上涨很快，铂已达500-600元/克，钯也上升到200元/克以上。

发明内容

本发明的目的是提供一种不用贵金属的VOCs净化催化剂制备方法，具有成本低，催化性能好的优点。

本发明提供的锆钇复合柱撑蒙脱土负载钴催化剂的制备方法，以Ca内蒙蒙脱土为起始粘土原料，通过进行钠交换、锆钇复合交联剂的合成、锆钇复合柱撑蒙脱土的制备和负载活性组分钴的四步法制备。

本发明提供的锆钇复合柱撑蒙脱土负载钴催化剂的制备方法，其步骤为：

1.钠交换

以内蒙蒙脱土(＜100目，Ca型)为初始原料。按1g蒙脱土加NaCl溶液(浓度为1.0mol/L)100mL的用量的配比，在60℃-70℃温度条件下搅拌6小时后，离心分离。用去离子水洗涤沉淀物至无氯离子(采用AgNO₃检测)，空气氛下110℃烘干，得到Na型蒙脱土(Na-MMT)。

2.锆钇复合交联剂的合成

将ZrOCl₂溶液和Y(NO₃)₃溶液混合，溶液中[Zr]＝1.0mol/L，Zr/Y＝4～6∶1(摩尔比)。将锆钇混合溶液于80℃～90℃条件下磁力搅拌2小时，再恒温老化4小时，冷却至室温，得到锆钇复合交联剂(Zr-Y-交联剂)。

3.锆钇复合柱撑蒙脱土的制备

按1g蒙脱土加100ml去离子水的配比，将Na型蒙脱土分散到去离子水中，在60℃～70℃温度下搅拌0.5小时，制成1wt％Na型蒙脱土的悬浊液；将步骤2中锆钇复合交联剂，按Zr/MMT为10mmol/g的配比，慢慢滴加到Na型蒙脱土的悬浊液中，控制滴加时间1～2小时滴完，继续在60℃～70℃温度下搅拌2小时，恒温老化4小时，再进行离心分离，用去离子水洗涤至无C1^-，于空气气氛下，110℃烘干，500℃焙烧2小时，研磨过60-80目筛，制得锆钇复合柱撑蒙脱土(Zr-Y-MMT)；

4.锆钇复合柱撑蒙脱土负载钴催化剂的制备

以上述制备的锆钇复合柱撑蒙脱土(Zr-Y-MMT)为载体，用等体积浸渍法制备负载Co催化剂。将硝酸钴溶液，等体积浸渍于经60～80目过筛的载体中，控制钴的负载重量百分比为10～12％，浸渍12小时，炒干，然后在空气氛下于110℃烘干1h，500℃焙烧1h，即制得本发明的锆钇复合柱撑蒙脱土负载钴催化剂。

本发明所述原料为Ca型内蒙蒙脱土，蒙脱土的层间距为1.522252nm，阳离子交换容量为108.4mmol/100g。吸附容量PNP＞＝350mg/g。矿物组成主要以蒙脱石为主，含量大于95％，含微量石英。

本发明所述原料氯化氧锆为(ZrOCl₂·8H₂O)，硝酸钇为(Y(NO₃)₃·6H₂O)，硝酸钴为(Co(NO₃)₂·6H₂O)。

本发明Zr∶Y的摩尔比为5∶1。

本发明所述钴的负载重量百分比为11.4％。

本发明采用锆钇复合柱撑蒙脱土载体。这种掺杂钇的新型柱撑蒙脱土材料具有较大的层间距和比表面积，是一种性能优越载体。然后再在此载体上负载活性组分钴，制得锆钇复合柱撑蒙脱土负载钴催化剂，采用此新型锆钇复合柱撑蒙脱土负载钴催化剂用于VOCs的催化净化，可获得很好的效果。其完全氧化丙酮、甲苯、乙酸乙酯的温度分别为240℃、260℃、220℃。特别是该催化剂上乙酸乙酯氧化，在240℃反应温度下能保持连续运转220小时活性不变，显示了较好的使用寿命。与现有技术相比，不采用贵金属铂钯，成本低，催化性能更有所提高。对丙酮、甲苯、乙酸乙酯的完全氧化温度下降了80℃，10℃，50℃。