[发明专利]一种用于含氯有机物低温催化燃烧的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于含氯有机物低温催化燃烧的催化剂，其为硫酸修饰的过渡金属氧化物，所述的过渡金属氧化物为氧化锆、氧化钛或氧化铁，硫酸以双齿硫酸盐的形式存在于过渡金属氧化物表面，硫元素的质量分数为0.5～3wt％。本发明还公开了所述的催化剂的制备方法及其在含氯有机物低温催化燃烧中的应用。本发明的硫酸修饰的过渡金属氧化物催化剂不仅具有较高的催化活性，可在较低温度下催化含氯有机物包括含氯脂肪烃和含氯芳香烃的燃烧氧化，主要燃烧产物是二氧化碳、氯化氢和氯气，没有二次污染的氯代产物形成，而且制备简单，成本低，寿命长，适应于复杂工业废气的处理，具有工业废气处理的应用前景。

技术领域

本发明属于有机化合物催化燃烧技术领域，特别涉及到一种用于含氯有机物低温催化燃烧的催化剂及其制备方法和在含氯有机物低温催化燃烧中的应用。

背景技术

含氯有机物主要包括芳香烃氯化物(如氯苯、二氯苯)和非芳香烃类氯化物，如二氯甲烷(DCM)、氯仿(CHCl₃)、二氯乙烷(DCE)和三氯乙烯(TCE)等。含氯有机物会对环境和人类的健康造成严重的危害，对生物系统能造成持久的、积累性的影响，而且可以破坏大气臭氧层。联合国环境项目国际条约中有12个列为首位的持久性的有机污染物都是含氯有机化合物。在美国国家环保局(EPA)划定的41种有毒VOCs中，有32种也属于含氯有机物。

含氯有机物作为常用的有机溶剂、有机合成原料和半成品而在化工生产中得到广泛的应用，如热导液、灭火剂和化工产品的中间体以及电力工业的副产物，以及氯基氧化剂的木纸浆的飘白，氯碱工业氧氯法制备氯乙烯过程、制革、洗涤、制药等行业。由于上述产生氯化物的过程都是涉及到国计民生的基础工业，大量含氯有机物的排放不可避免，因此，目前并不具备从源头上消除含氯有机物引起的污染的可能性，后处理是唯一可行的途径和方法。

近年来，对于含氯有机物的综合治理受到了愈来愈广泛的关注。催化燃烧法是目前最具工业产业化前景的有效途径，具有能耗低、反应器小的特点，还能实现有害物质的完全消除和不造成二次污染。而实现这一目的的关键在于催化剂的性能和设计。现有的研究结果表明，贵金属催化剂存在价格相对昂贵，氯代反应活性高(及易形成危害更大的多氯副产物)，容易氯中毒、高温活性组分流失等的失活问题，使得贵金属催化剂的实际应用受到限制。故而，用于含氯有机物催化燃烧的催化剂研究主要集中在过渡金属氧化物和以分子筛为主的固体酸催化剂上，如MnO₂、Co₃O₄、CrO₂、CeO₂和H-MOR、H-BEA、H-X、H-Y等分子筛以及SiO₂、Al₂O₃、TiO₂和ZrO₂等常用载体。代表性的专利有JP 2002219364、JP 2001286729、JP10085559A2、US 4031149、US 58116628、US 4561969、US 4169862、US 7052663等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种催化活性高、低成本、寿命长的用于含氯有机物低温催化燃烧的催化剂。

所述的催化剂为硫酸修饰的过渡金属氧化物，其中所述的过渡金属氧化物为氧化锆、氧化钛或氧化铁，硫酸以双齿硫酸盐的形式存在于过渡金属氧化物表面，硫元素的质量分数为0.5～3wt％，优选0.5～1.5％。

所述的催化剂属于固体氧化物类超强酸催化剂，其中过渡金属氧化物优选氧化铁。

所述的催化剂可通过沉淀法和/或浸渍法制备，过渡金属氧化物的前驱体可选用过渡金属的硫酸盐、碳酸盐或硝酸盐等，比如氧化铁的前驱体可选择硫酸亚铁、硫酸铁、硝酸铁、氯化铁中的一种。硫酸的前驱体可以来自于硫酸盐(比如硫酸亚铁或硫酸铁)在沉淀、焙烧过程中残存的氧硫化合物，也可以是采用传统浸渍法负载的硫酸。