[发明专利]一种催化氧化VOCs的复合催化剂、制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种催化氧化VOCs的复合催化剂，所述复合催化剂以具有有序介孔结构的金属基和/或陶瓷基为载体，其上负载至少一种过渡金属氧化物作为活性组分，所述过渡金属为非贵金属元素。本发明通过控制催化氧化VOCs的复合催化剂的过渡金属元素的价态获得了复合催化剂，实现了对VOCs的低温催化氧化，对苯催化净化的T₉₀(90％净化率的催化温度)最低能够达到148℃；本发明提供的催化氧化VOCs的复合催化剂的制备方法简单可控。

技术领域

本发明属于挥发性气体的氧化领域，具体涉及一种催化氧化VOCs的复合催化剂、制备方法和用途，尤其涉及一种在低温下催化氧化VOCs的复合催化剂、制备方法和用途，特别涉及一种不含有贵金属元素的，在低温下催化氧化VOCs的复合催化剂、制备方法和用途。

背景技术

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，简称VOCs)是指在常温下饱和蒸气压约大于70Pa，常压下沸点低于260℃的有机化合物，这些易挥发性物质是石油化工，制药工业，印刷工业，涂料装饰业，表面防腐等行业排放废气中的主要污染物。

对于有机废气(包括挥发性有机化合物VOCs)的治理，主要有直接燃烧法和催化燃烧法。直接燃烧法反应温度多在1000℃以上，能耗高，易产生Cl₂、COCl₂、NO_x、多氯二苯呋喃等有毒副产物，而这些物质对环境的危害更大。目前VOC最有效的净化方法是催化燃烧法，其具有辅助燃料费用低、操作温度低、设备体积小、VOC去除率高、无二次污染物等优点，而且可操作性强，因此在控制污染排放物方面变得愈加重要。

用于VOCs净化燃烧的催化剂，应具备在一定燃料/空气比下起燃温度低、转化率高、低温高活性、寿命长等特性。由于排放的有机废气成分复杂，催化剂的服役条件恶劣，如何制备高性能催化剂是VOCs催化燃烧净化技术的关键。目前，VOCs净化催化剂一般有贵金属催化剂、金属氧化物催化剂和贵金属-过 渡金属氧化物催化剂。

对于贵金属氧化物催化剂，成本较高，而现有的金属氧化物的催化氧化温度较高，且在高空速(6000h^-1)时，活性不能达到贵金属氧化物催化剂的水平，需要进一步提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种催化氧化VOCs的复合催化剂，所述复合催化剂以具有有序介孔结构的金属基和/或陶瓷基为载体，其上负载至少一种过渡金属氧化物作为活性组分，所述过渡金属为非贵金属元素。

优选地，本发明所述活性组分与载体的质量比为1:100～1:2000，例如1:110、1:140、1:210、1:260、1:320、1:450、1:520、1:700、1:960、1:1100、1:1350、1:1560、1:1740、1:1980等。

优选地，本发明所述活性物中，过渡金属元素的平均价态均不包括对应过渡金属元素的最高价态和最低价态。

在本发明所述活性物中，经高温煅烧后过渡金属可能大多数为最高氧化价态(比如Ce⁴⁺)，经过控制氢气活化还原，实现多价态共存的不稳定金属元素间键价关系(比如复合活性组分中Ce有Ce³⁺、Ce⁴⁺，Mn有Mn²⁺、Mn⁴⁺等共存)，但就具体的单个原子，其价态必为整数。

在本发明所述的活性物中，所含有的过渡金属元素的平均价态均不包括对应过渡金属元素的最高价态和最低价态，这种设置能够使得过渡金属元素在催化氧化VOCs的过程中发生价态的变化，提高催化氧化的反应速率。

优选地，所述过渡金属选自镧、铈、铑、锰、钒、钼、钌和钴中的任意1 种或至少2种的组合；优选镧、铈和锰中的任意1种或至少2种的组合。