[发明专利]一种可用于低温氧化有机污染物的复合催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于污染治理技术和环保催化材料领域，具体涉及可用于废气、废液中有机污染物的氧化去除的催化剂及其制备方法。

背景技术

当前，国内外报道的用于降解废气中有机污染物的催化剂主要是以五氧化二钒为活性组分的V₂O₅/TiO₂体系。但是，此类催化剂的广泛应用面临着几大限制因素：一方面，此类催化剂的窗口温度为200～500℃，低温下(即100℃以内)几乎没有活性；另一方面，要制备均匀分布的V₂O₅颗粒难度高；再次，作为催化活性物质的V₂O₅是一种剧毒物质，它亦能对环境造成危害。且以五氧化二钒为活性组分的V₂O₅/TiO₂体系不能被用于废液的处理。而用于降解废液中有机污染物的催化剂主要是以TiO₂为活性物质的体系，但是其工艺复杂且生产成本高昂。因此，制备窗口温度低、工艺简单、性价比高的新型催化剂就显得十分必要。

发明内容

本发明目的是为了改进现有催化剂去除废气中有机污染物存在的活性窗口温度高、有毒、工艺复杂、成本高昂等不足，而提供一种活性窗口温度低、性价比高的复合催化剂，该复合催化剂不但可用于低温氧化废气中的有机污染物，对废液中有机污染物同样起着良好的催化效果。

本发明的另一目的是提供上述复合催化剂的制备方法：在凹凸棒石上负载金，实现金的高度分散和尺寸可控，在用于氧化有机污染物的过程中，促进有机污染物与活性中心充分接触，从而提高催化效率。

本发明的技术方案为：本发明提出一种可用于低温氧化废气、废液中有机污染物的复合催化剂，所述催化剂是以经分散及阳离子表面改性剂改性处理凹凸棒石为催化剂载体，负载纳米金为催化剂活性组分；其中纳米金占凹凸棒石质量的0.5～1.5％；所述凹凸棒石的平均直径为18～22nm，长度为100～1000nm；所述纳米金粒径为1～7nm。

凹凸棒石属于粘土矿物，晶体化学式Mg₅Si₈O₂₀(OH)₂(OH₂)₄·4H₂O，具有介于链状结构和层状结构之间的中间结构，有丰富的孔道结构和大的比表面积。而本发明正是利用了廉价、且具有极高吸附性能的天然矿物凹凸棒石为载体，并利用纳米尺寸的金颗粒具有高催化性能的特点，组合这两者的优势，合成在低温具有极高催化能力的材料。

另外，本发明最大的优势还体现在本发明的复合催化剂对废气的有机污染物的T₅₀温度较传统催化剂T₅₀温度低了100℃，使得其在100℃以内的低温状态下仍具有催化效果(T₅₀指的是有机物降解率达到50％时候的催化反应温度)。

本发明的复合催化剂经冷藏一段时间后在室温下对废气中有机污染物的去除率可达99％。

本发明还提供了上述复合催化剂的制备方法为：

将经过分散处理的凹凸棒石用阳离子表面改性剂对其进行表面改性；将上述经处理过的凹凸棒石浸渍在pH值为9～11的金前驱体溶液中，55～65℃恒温磁力搅拌50～70min，取出后用去离子水洗涤，于70～90℃下干燥，再于280～320℃下焙烧，所得产物经研磨即制得复合催化剂。

本发明的分散处理的方式是将凹凸棒石分散在六偏磷酸钠、焦磷酸钠、十二烷基磺酸钠等中的一种水溶液中，优选六偏磷酸钠水溶液。

所述的阳离子表面改性剂可以选自十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵等中的一种对凹凸棒石进行表面改性，优选CTAB。

本发明较优的实施方案为：

1)配制金前驱体溶液；

2)调节金前驱体溶液的pH值为9～11；

3)将经过六偏磷酸钠、焦磷酸钠或十二烷基磺酸钠的水溶液中分散，十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵或十二烷基三甲基氯化铵表面改性后的凹凸棒石加入金前驱体溶液中，升温至60℃，恒温磁力搅拌60min；

4)将3)的混合溶液过滤，用去离子水洗涤两次；

5)将4)所得产物于80℃烘箱干燥12～24h；

6)将5)所得产物于300℃下以10℃/min程序升温焙烧2h；

7)将6)所得产物经研磨得到复合催化剂。