[发明专利]一种用于催化含氯有机物燃烧的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及含氯废气处理技术领域，特别涉及一种用于催化含氯有机物燃烧的催化剂及其制备方法。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)是一类具有较高蒸汽压，在常温常压下以蒸气形式存在于空气中的一类挥发性有机物，按其化学结构的不同，主要成分为：烷烃类、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚和石油烃化合物等。其中含氯挥发性有机物(CVOCs)获得很多研究者的关注，主要由于其对人的身体健康危害较大，而且部分CVOCs还会破坏大气臭氧层，导致光化学烟雾及大气酸性化等。但是这些物质由于有较好的溶解性以及反应的不活泼性，使得这类化合物在化学化工生产中得到广泛的应用。此外，近几年来，不断频增的的雾霾现象，让人们更加意识到环境问题的恶劣与危急。因此，有机废气的处理与治理成为一项必要且紧急的问题。目前，催化氧化法因具有起燃温度低、能耗低以及及几乎无二次污染等优点，被认为是最节能高效且经济可行的方法，日益受到人们的关注。

燃烧法是指在活性氧物种的参与及较低温度条件下，在合适的傕化剂上可将CVOCs深度氧化降解为CO₂、H₂O和HCl的方法，

其反应过程如下：

相较于其他处理技术，僅化燃烧法的优势主要体现在：起燃温度低，能耗小；去除率高，二次污染小；适用范围较广，选择合适的傕化刻，几乎可以处理所有的CVOCs。在傕化燃烧过程中，选择合适的催化剂是高效降解反应的关键，主要分为贵金属催化剂与非贵金属催化剂两类。贵金属傕化剂(如负载钌、钯、铂、金等)具有高活性、生成HCl选择性高等优点，但存在价格昂贵以及催化剂易中毒等缺点。此外，非贵金属僅化剂(如分子筛、过渡金属氧化物及稀土复合金属氧化物等)化具有较高的反应活性，并具有价格便宜、抗中毒等优点。

专利CN103962134A公布了一种氯代芳烃燃烧消除的方法，是以氧化铈纳米棒、纳米立方体和纳米正八面体为载体负载贵金属钌作为催化剂，并通过稀碱溶液吸收反应尾气。该方法催化活性高，反应无二次污染物产生，但催化剂成本高，难以工业化应用。专利CN10389425A公布了一种用于多氯代芳香烃燃烧的催化剂，其为Fe、Ni、Cr、Bi或Mn掺杂四氧化三钴。该催化剂催化活性高，抗氯中毒能力强，但结构脆弱，无法适用于高空速下的废气处理。专利CN103962127A公布了一种用于氯代芳烃燃烧的催化剂，其为Sr、Ce、Mg、Al、Fe、Co、Ni、Cu掺杂的钙钛矿结构的LaMnO₃。该催化剂制备简单，成本低廉，热稳定性好，但催化活性有限。

本发明提供的催化剂具有制备工艺简单、价格低廉、催化活性高、抗氯中毒能力强、寿命长等优点。采用该催化剂，可以在空气环境中，长时间稳定地将含氯挥发性有机物转化为H₂O、CO₂和HCl，且技术路线方便实用，可广泛应用于工业含氯有机废气的治理。

发明内容

为解决技术问题，本发明的解决方案是：提供一种用于催化含氯有机物燃烧的催化剂，该催化剂是以石墨相氮化碳(g-C₃N₄)为载体，CeO₂为活性组分，碱金属为助剂；其中，CeO₂占催化剂重量的20-50％，碱金属占催化剂重量的0.1％～2％，余量为g-C₃N₄；所述碱金属为Li、Na、K、Ru、Cs中的一种或几种。

稀土复合氧化物，尤其是CeO₂及铈基复合氧化物具有良好的储放氧性能和氧流动性，对CVOCs的深度氧化非常有利，因此在CVOCs催化氧化领域的应用受到了广泛关注。研究和开发成本低但活性高、选择性和稳定性高的CVOCs催化氧化催化剂有着迫切的需求与市场，是目前环境傕化材料方面非常重要的课题之一。稀主元素在自然界中存在很广泛，特别是镧、铈等高丰度的稀土元素，在僅化领域许多重要的过程中得到广泛的应用，并发挥着重要或不可替代的作用。根据文献报道，傕化剂的表面酸性及活性氧的流动性是影响CVOCs催化氧化活性的两项主要因素。而CeO₂具有一定的酸性和因Ce⁴⁺/Ce³⁺的可逆转换而具有良好的储放氧性能及氧流动性。也有研究表明，不同形貌的二氧化铈拥有不同的暴露晶面，其表面化学性质相差很大，特定暴露的晶面拥有较好的氧流动性，使得催化剂的氧化性能得到很大的改善。