[发明专利]一种催化燃烧催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化燃烧催化剂及其制备方法，尤其涉及一种用于催化燃烧挥发性有机物的催化剂及其制备方法。

背景技术

挥发性有机化合物(VOCs)是指在常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以内的有机化合物，如脂肪烃、芳香烃、含氧有机物、含卤族有机物、含氮有机物及含硫有机物等。机动车排放、能源工业、精细化工、印刷、涂料等行业是VOCs的主要来源。

VOCs对环境以及人体健康均有严重的危害：多数VOC有异味，损害人体某些器官，产生病变，甚至致癌；VOCs与臭氧等发生光化学反应，产生光化学烟雾；一些VOCs易燃易爆，给企业生产带来隐患。

处理VOCs有多种方法，如冷凝、吸附、吸收、直接燃烧、催化燃烧等。选择适合的方法决定于所处理的VOCs的性质，浓度和条件(温度，压力，流速等)。冷凝，吸附和吸收等方法适用于高浓度和低流速VOCs的处理；而低浓度高流量的VOCs则可选用直接燃烧和催化燃烧，从经济的角度来看，催化燃烧由于其能耗低和副产物无毒的特点而受到更多的重视。

催化燃烧催化剂通常为蜂窝陶瓷型结构，即采用蜂窝陶瓷作为基体，涂覆载体涂层，然后再负载催化剂活性组分。催化燃烧的效果如何，与催化剂涂层和基体的结合强度密切相关，如果涂层与基体的结合强度低，则涂层在高空速气流的冲刷及热冲击下容易龟裂、剥落，造成催化剂的失活。因此，涂层与基体紧密结合是保证催化剂长期稳定运行的关键。

CN1013245B中所述的废气净化催化剂的制备方法是将担载了贵金属的氧化锆和其它氧化物混合后的含水稀浆浸涂蜂窝陶瓷基体。CN1415410A所述的一种催化燃烧催化剂的制备方法是将Al₂O₃、TiO₂、CeO₂、ZrO₂等组分加水制成浆液涂覆蜂窝陶瓷基体。CN1488435A所述催化剂的制备方法是将Al₂O₃、SiO₂、碱土金属氧化物的前驱物硝酸铝、硅溶胶、碱金属的硝酸盐加入氨水调制成含水稀浆，以此稀浆浸渍蜂窝陶瓷基体，然后再负载贵金属。

我们发现，以上催化剂制备均采用浆液浸涂的方法制备涂层，浆液法制备过程较为复杂，需严格控制球磨浆液中颗粒的粒径，而且得到的涂层易龟裂、剥落。为了提高涂层的热稳定性及催化剂活性，通常需要在涂层中添加CeO₂、ZrO₂、La₂O₃等助剂，浆液法制备的涂层中的助剂往往包埋在涂层中，因此助剂用量大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种催化燃烧催化剂及其制备方法，本发明方法制备催化剂其涂层牢固度高，制备工艺简单，助剂用量少。

本发明的催化燃烧催化剂制备方法包括下述步骤：

(1)对蜂窝陶瓷基体进行水热处理、干燥；

(2)水热处理后的蜂窝陶瓷基体负载铝溶胶，干燥6～12小时，焙烧1～5小时；

(3)在铝溶胶涂层上负载稀土金属氧化物，干燥、焙烧；

(4)在复合涂层的基础上浸渍活性组分浸渍液，经干燥和焙烧制成催化剂。

根据本发明提供的制备方法，步骤(1)中所述的蜂窝陶瓷为堇青石蜂窝陶瓷。

步骤(1)中对蜂窝陶瓷基体进行水热预处理方法是在40～150℃条件下，水热处理蜂窝陶瓷基体2～24小时，预处理后在100℃～120℃干燥6～12小时。

步骤(2)中所述的铝溶胶可以使用市售商品，也可用拟薄水铝石为原料进行制备。所述的铝溶胶以氧化铝计浓度为5wt％～30wt％，pH值为2～5。

步骤(2)中所述的干燥温度为40～120℃，所述的焙烧温度为400～600℃。

所述的铝溶胶可以通过如下方法制备：将拟薄水铝石加入到去离子水中，在搅拌的同时滴加浓硝酸。搅拌一定时间后，加热至80℃，继续滴加硝酸至完全胶溶，控制溶液pH值为2～5，陈化24小时，得到透明铝溶胶。

步骤(3)中稀土金属氧化物的负载采用浸渍法：取预定量的稀土金属中的一种或者几种元素的盐溶于去离子水中，配制以金属计浓度为0.1～1mol·L^-1的水溶液，将步骤(2)得到的涂有铝溶胶涂层的蜂窝陶瓷基体浸入其中，3分钟后取出，吹去残液，100～110℃下干燥6～12小时，400～600℃焙烧2～5小时。

所述的稀土金属选自Ce、La、Zr和Sm中的一种或几种。