[发明专利]一种负载型VOCs催化燃烧催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种负载型VOCs催化燃烧催化剂及其制备方法，催化剂以堇青石陶瓷为载体，以具有三维多孔蜂窝骨架结构的三元固溶体Ce_x‑Zr_y‑Ti_1‑x‑y‑O₂为涂层，以Co和Ce组成的复合氧化物为催化活性组分。制备方法：先采用络合浸渍法在预处理好的载体上涂覆三维多孔蜂窝骨架结构的三元固溶体；再采用原位自燃合成法制备钴铈复合氧化物，将该载体浸到前驱体溶液中，通过有机模板剂具有的孤对电子与金属离子的空轨道结合形成稳定的笼状结构，实现在表面原位合成活性组分的前驱体。本发明催化剂活性组分均匀分散，载体与涂层、活性组分与涂层之间结构的高强结合，具有起燃温度低、转化效率高、耐高温性能好，价格低廉等特点，能够广泛用于VOCs净化处理。

技术领域

本发明属于大气污染治理技术和环保催化材料技术领域，特别涉及一种负载型VOCs催化燃烧催化剂及其制备方法。

背景技术

挥发性有机废气(VOCs)是引起雾霾、大气光化学烟雾、温室效应和臭氧层破坏的主要原因之一，它们主要来自于石油化工、精细化工、纺织印染、喷涂、包装印刷、医药与农药制造、电子等行业生产过程中排放的废气，给生态环境和人体健康带来极大危害。据不完全统计，2010年我国工业VOCs年排放量约为1200万吨，预计到2020年我国工业VOCs年排放量将达到2500万吨，将超过欧美等发达国家总和。面对日益严重的环境污染形势，我国政府对VOCs的排放限制越来越严格。2013年9月，国务院发布了《大气污染防治行动计划》(“大气十条”)，指出要推进挥发性有机物污染治理，在石化、有机化工、表面涂装、包装印刷等行业实施挥发性有机物综合整治。2015年6月财政部、国家发展改革委、环境保护部联合发布的《挥发性有机物排污收费试点办法》要求对石油化工和包装印刷两个行业作为试点征收VOCs排污费。2016年1月开始实施的新《大气污染防治法》则首次将VOCs纳入监管范围，使VOCs治理有了法律依据。综上所述，VOCs将成为“十三五”期间政府在大气污染治理行业关注的焦点。

目前国内外处理VOCs的众多技术中，催化燃烧技术已成为处理VOCs的主流技术和发展方向。它借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度下进行完全燃烧，并放出大量热量实现反应的自供热。与其它处理技术比较，催化燃烧具有适用范围广、起燃温度低、能耗低、效率高、无二次污染等优点，而高效催化剂又是该催化燃烧技术的核心。

在VOCs催化剂体系中，贵金属催化剂因催化活性高、起燃温度低等特点，已在VOCs处理工艺中得到广泛应用。但由于贵金属资源短缺而且价格偏高，近年来研究的热点主要围绕过渡态金属与稀土金属相复合的氧化物展开，其中复合氧化物表现出良好的催化活性，通过工艺优化，合理的掺杂改性以及负载到适宜的载体上，相比于其它单一金属氧化物催化剂，复合氧化物催化剂催化性能更具有优越性。然而目前对其的研究却集中在粉末态催化剂，而对负载型催化剂的研究，尤其是能最终应用到工业中的研究偏少，仅有的一些也只停留在实验阶段，且存在制备工艺复杂，材料价格昂贵的缺点，无法真正做到工业化大规模生产。而传统负载型制备技术在颗粒粒径、结构可控、高分散等方面仍面临众多难以克服缺陷。因而需不断探索新型负载型催化剂制备技术，以简易的工艺技术、低廉的价格制备出颗粒粒径合适、结构可控、高分散度的工业化尺寸催化剂，使其能实际应用到工况中，是复合氧化物研究过程中需要重点解决的难题。如专利CN1462648B的发明书所介绍的一种四组分催化剂，操作条件温和，成本低，和现有技术的非贵金属催化剂相比大大降低了反应温度，提高了活性，但制备工艺复杂不适合扩大生产。专利CN101015806A公开了一种金属丝网型催化燃烧催化剂及其制备和应用，该催化剂具有高机械能和高活性，但活性组分普遍存在分布不均且易脱落。专利CN101439290A公开了一种蜂窝陶瓷型钙钛矿催化燃烧催化剂及其制备和应用，该催化剂涂层浆液组分复杂，涂层比表面低，需要多次涂覆，容易造成涂层脱落。

发明内容