[发明专利]一种由废轮胎热解炭制备新型催化剂载体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及由废轮胎热解炭改性处理制备催化剂载体的方法，特别涉及由废轮胎热解炭负载型金属及金属氧化物催化剂载体的制备方法。

背景技术

随着汽车工业的发展和汽车不断的更新换代，废旧轮胎的处理成为日益严重的环境问题，不仅造成资源的巨大浪费，而且成为一种危害越来越大的“黑色污染”。目前，对废旧轮胎进行热解是最理想回收利用方法之一，它回收高附加值的热解炭、油品、高热值燃气及钢丝等，从而充分回收了废轮胎的宝贵资源。废轮胎热解炭的产率约为39％～44％，如何利用这部分热解炭是关系到废轮胎热解工艺经济实用性的关键因素。

废轮胎热解炭的组成有再生的炭黑填料、无机灰分(如ZnO、ZnS等)及热解过程产生的碳质沉积物。Darmstadt等人分析了炭黑的主体结构，发现商业炭黑和废轮胎热解炭具有基本相同的主体结构(即，含有相同比例的石墨化碳和一定比例的无定型碳)。但是热解炭表面上沉积了碳质结焦物，覆盖了一定数量的表面活性位(Journal of Analytical and AppliedPyrolysis.1999，51，201-221.)，影响了热解炭的使用性能。经过改性处理，去掉废轮胎热解炭表面的覆盖物后，可制备高比表面积的活性材料，可以作为一种非常理想的催化剂载体，从而可以大幅提高废轮胎回收资源的附加值。另一方面，由于均相催化剂难与反应介质分离，易流失和引起二次污染，因此研究开发价廉、高活性、高稳定性的相应非均相催化剂以降低能耗和成本是催化研究领域的重要课题。利用废轮胎热解炭改性制备高比表面积的载体材料，负载金属或金属氧化物等活性组分制备非均相催化剂，不仅可以变废为宝，最大限度地发挥再生资源的利用价值，还可用于环境废水的污染治理，既具有很大的经济价值，又具有一定的科学价值。

发明内容

本发明提供一种由废轮胎热解炭黑的改性处理制备新型催化剂载体的方法，步骤如下：(1)将废轮胎热解炭黑粉末装入滤纸缝成的纸袋中，将有机溶剂放入圆底烧瓶中，索氏提取8小时，以分离废轮胎热解炭中的炭黑原料和残留的油分。而后固体晾干、称重，液体通过旋转蒸馏除出有机溶剂，收集废轮胎热解炭黑中残留的油品；

(2)将除去油分的废轮胎热解炭黑粉末和的稀酸放入圆底烧瓶中，30℃搅拌0.5小时，抽滤，再重复上述步骤两次，所得炭黑固体粉末晾干备用；

(3)将除去油分和金属氧化物杂质的炭黑粉末放入石英舟中，装入管式电炉的石英管中，在石英管一端连接装入蒸馏水的圆底烧瓶并加热煮沸蒸馏水，分别在150℃～1000℃下用水蒸气处理1～10个小时，晾干，得到适宜浸渍法负载活性组分的催化剂载体；

(4)过氧化氢氧化：将水蒸气处理的炭黑0.5g和100ml、30％的过氧化氢放入圆底烧瓶中，电磁搅拌，加热回流2个小时，抽滤，样品晾干得适宜离子交换负载活性组分的催化剂载体。

(5)浓硝酸氧化：将水蒸气处理的炭黑0.5g和5mol/L的硝酸100ml放入圆底烧瓶中，40℃下电磁搅拌2个小时，样品晾干得适宜离子交换负载活性组分的催化剂载体。

(6)浸渍法负载活性组分：取步骤(3)所得催化剂载体0.2g于三个圆底烧瓶中，各加入50ml、0.1mol/L的金属盐溶液，加热回流4个小时，抽滤，在175℃烘箱中烘干12个小时，得到相应催化剂。

(7)离子交换法负载活性组分：在25℃下，将金属盐放入不锈钢反应釜中，加入水至其完全溶解(加入蒸馏水的量是加至反应釜容积的80％。)，再加入载体，充分搅拌后，拧紧釜盖，在120℃~160℃的环境中放置6小时；微松釜盖，继续在上述环境中放置至釜内物缓慢变成干粉，冷却至室温；向反应釜中添加尿素和蒸馏水，充分搅拌混匀后，拧紧釜盖；进行95℃2h，110℃2h，120℃2h的程序升温焙烧；)微松釜盖，继续在120~160℃的环境中放置至釜内物缓慢变成干粉，得炭负载的相应金属氧化物催化剂粗品；所得粗品用蒸馏水超声波清洗3次后(每次20分钟)，离心分离，所得固体于100℃-120℃下烘干；烘干物以1～10℃/min的升温速度，进行200℃ 2h，350℃ 3h的程序升温焙烧，得炭负载的金属氧化物催化剂成品。

金属盐：水：载体＝0.1～10：10～100：0.2～10(质量比)

尿素：金属盐＝5～10：1(摩尔数比)

所述的稀酸选自稀硫酸、稀盐酸或稀硝酸。有机溶剂选自甲苯、石油醚、二氯甲烷或乙醇，原料之间的比例为：每1g的炭黑粉末加入有机溶剂50～300ml。金属盐选自硝酸铜、硫酸铜、硝酸亚铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸镍、硫酸镍、硝酸钴等。