[发明专利]用于一氧化碳常温催化氧化的整体式催化剂及制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于CO常温催化氧化的整体式催化剂及其制备方法。该催化剂适用于常温（0~30℃）、低浓度（0~100 ppm）、高空速（10000~60000 h^-1）条件下CO的催化氧化，特别适用于道路隧道或地下停车场等半封闭空间中低浓度CO的消除。

背景技术

随着汽车保有量的不断上升，城市交通拥堵和停车难问题日益加剧。发展道路隧道和地下停车场等半封闭空间是目前主要的解决方案。但是这类半封闭空间内空气流通较差，汽车怠速或冷启动造成排放的污染物在空间内不断累积，污染物浓度超过国家二级空气质量标准。环境中CO的存在具有很大的危害性，它可以和人体的血红蛋白结合，削弱血红蛋白的输氧能力，从而损害人的中枢神经系统，导致人中毒甚至死亡。

目前CO的消除方法主要是以催化氧化法为主，该方法因具有效率高、无二次污染、适用范围广等优点，已成为当前CO治理领域研究和应用的主流发展方向。CO催化剂可分为非贵金属催化剂体系和贵金属催化剂体系两大类。非金属CO催化剂主要以CuO-MnOx复合氧化物为主要成分的Hopcalite催化剂（G.J. Hutchingsa, et. al., Appl. Catal. A 1998, 166: 143-152.）为代表，一直用在矿井和军用防毒面具中。虽然Hopcalite催化剂活性高，但是在含水汽气氛中，会迅速失活。贵金属催化剂体系中的负载型Waker-Typer催化剂(PdCl₂–CuCl₂)（中国发明专利CN101898137A）在室温条件下对CO具有很高的催化性能，并且具有很好的抗水性和使用寿命，但是成本较高。

汽车尾气三效催化剂（Three-way catalyst，TWCs）是将Pd、Pt和Rh等贵金属负载在涂覆有γ-Al₂O₃或铈锆氧化物的蜂窝陶瓷载体上，可以将汽车正常行使过程中产生的尾气转化为无害产物，但是其使用温度高，需达到300-900℃，无法用于常温下污染物的消除；赵福真等人（无机化学学报, 2013, 29（4））研究了Cu_xCe_1-xO_2-x/SBA-15/堇青石整体式催化剂对CO的催化氧化性能，CO可以在140℃完全转化，无法用于常温条件下对CO的催化氧化；中国发明专利CN 102114428 B公开了用于常温氧化CO、甲醛的整体式催化剂及其制备方法，在常温条件下能同时消除CO和甲醛，抗毒、抗湿性能强，性能稳定，但是使用寿命在专利中没有提到。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种用于一氧化碳常温催化氧化的整体式催化剂及制备和应用。

一种用于一氧化碳常温催化氧化的整体式催化剂，其特征在于，所述催化剂载体为涂覆活性涂层的堇青石蜂窝陶瓷；活性组分为氯化钯（PdCl₂）和氯化铜（CuCl₂）；其中PdCl₂中的Pd在整体式催化剂中的含量为1.0~3.0 g/L，CuCl₂中的Cu在整体式催化剂中的含量为2.0~10 g/L；活性涂层负载量占在堇青石蜂窝陶瓷的质量百分比为5~20%。

一氧化碳常温催化氧化的整体式催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）载体需预先涂覆一层活性涂层：

将拟薄水铝石、γ-Al₂O₃粉末、异丙醇加入到去离子水中，搅拌条件下加入硝酸调节pH值至3-4，继续搅拌10-60分钟形成浆料；将堇青石蜂窝陶瓷载体浸泡在浆料中1-15分钟，取出后高压气枪吹扫，晾干，在30～80℃烘干，然后在200~800℃马弗炉中焙烧4小时，得到涂覆活性涂层的堇青石蜂窝陶瓷；

（2）采用等体积浸渍法制备整体式催化剂：

将PdCl₂和CuCl₂溶解在氨水溶液中，把涂覆活性涂层的堇青石蜂窝陶瓷浸渍在溶液中，待溶液完全吸收后，将整体式催化剂在30～80℃烘干，然后在200～500℃焙烧2～8小时。

步骤（2）所述等体积浸渍法为：预先测定涂覆有活性涂层的堇青石蜂窝陶瓷的吸水率，然后根据吸水率加入饱和吸收所需体积的PdCl₂-CuCl₂氨水溶液。