[发明专利]一种HCN水解催化剂的制备方法

说明书

技术领域     

本发明涉及一种水解去除剧毒气体HCN的高效催化剂。

背景技术

HCN为第一类A级无机剧毒品，HCN主要产生于焦炉煤气、黄磷尾气、密闭电石炉尾气和聚丙烯腈基炭纤维(PANCF)等典型工业废气中，其存在不仅阻碍典型工业废气的净化和资源化，还严重影响周围环境和人类健康，已成为我国大气污染必须关注的问题。它通过皮肤、呼吸道或消化道进入人体后，迅速分解出的游离氰在人体内易与各种细胞内呼吸酶中的铁、铜、铝等结合，阻止金属离子的还原，导致该酶失活，使细胞不能利用氧，从而产生细胞内窒息性缺氧。空气中，ppm级浓度的HCN就会对人产生影响。暴露于含300mg/L HCN的空气中一分钟就会致死。因此，HCN的去除有很重要的意义。

目前，国内外主要通过吸收、吸附、燃烧、催化氧化等手段脱除HCN。液体吸收法处理成本高，效果不稳定，易产生有害气体，并且将CN^-转移到液相大大增加了环境风险。吸附法是物理分离过程，没有对HCN进行降解转化，如果不能对解吸产物进行处理，将不可避免产生二次污染问题。燃烧法主要针对HCN体积含量在3-6%的高浓度HCN气体，对低浓度HCN废气治理无法利用。而且催化燃烧以贵金属为活性组分，活性温度＞450℃，成本较高。催化氧化法是将HCN转化为HNCO、N₂、NO_X的形态，同样以贵金属为活性组分，尚无工业应用。

中国专利CN1564710A和CN101352653A分别公开了一种以TiO₂为载体的催化剂。其中，CN1564710A中的催化剂以TiO₂为载体，负载了一种或多种重量至少为1%的碱金属。该专利涉及的催化剂主要用于同时水解去除热电联产设备放出的COS与HCN的混合气体，并且要求尽可能的避免CO₂、CH₃SH、HCOOH等副产物的生成，对催化反应过程要求较高。该发明中HCN转化率最高可达95%，但该催化剂用于催化水解的HCN浓度高达500~1000ppm，处理后HCN浓度仍至少达25ppm，仍然具有相当大的毒性，处理不彻底。CN101352653A中发明的净化方法为将混合气体经换热器加热150~200℃后送至催化水解反应器，大部分的HCN、COS和CS₂被水解，处理后的气体进入选择性催化氧化反应器。经过两步反应后未处理掉的HCN在精脱氰反应器中进一步被去除。该催化剂使用过程中要进行多步操作，且处理的气体成分较多，两步处理后仍需对各组分分别处理，步骤相对复杂较难操作且运行成本相对较高。中国专利CN101050389A公开了一种同时水解去除COS及HCN的催化剂，该催化剂以活性氧化铝为载体，负载过渡金属钴-钼，或铁-钼，镍-钼及碱性金属氧化物。但其HCN的水解转化率较低，处理过程中需要装填32.7 m³催化剂，而催化效率仅在80%以上。中国专利 CN02131303.2和CN02155489.7分别公开了一种催化氧化去除HCN的催化剂的制作方法，HCN去除效果较好。但这两种催化剂均以价格比较昂贵的铂、铑等贵金属为活性组分，催化剂造价较高。同时，催化氧化反应需在300~550℃的高温条件下运行，能耗较高，因此该方法脱除HCN成本较高。

以上催化剂存在的不足主要有：（1）催化剂价格昂贵，操作步骤复杂，运行成本高；（2）去除率相对较低，不能彻底的去除污染；（3）反应温度高，能耗高，增加运行费用。

同时，一般的HCN净化方法中常常都需要有较高的氧气含量，但是，黄磷尾气、密闭电石炉尾气、石墨生产尾气、水煤气、生物质热解气等几种气体中主要成分是CO、H₂、CH₄或它们的混合气，由于CO、H₂、CH₄或它们的混合气具有爆炸性，当氧含量超过一定量时存在巨大的安全隐患，这几类气体中氧含量都很低，小于0.5%，因此，开发净化HCN的低温微氧催化剂十分必要。本发明的催化剂可以在低氧甚至无氧的条件下高效的运行。

发明内容

为克服现有催化剂存在的上述不足，本发明提供了一种无氧条件下HCN高效水解催化剂的制备方法，本发明中催化剂的制备采用溶胶凝胶法，具体步骤如下：

（1）按钛酸丁酯、无水乙醇或异丙醇、冰乙酸或盐酸的体积比为1:2~3:4~5的比例，将无水乙醇或异丙醇、冰乙酸或盐酸依次加入到钛酸丁酯中混合均匀；