[发明专利]降解VOCs废气的Cu-Mn-Zr复合催化剂和制备方法

说明书

本发明公开了一种降解废气的Cu‑Mn‑Zr复合催化剂，所述Cu‑Mn‑Zr复合氧化物通过溶胶凝胶法制备，其中Cu：Mn：Zr＝0.5～2:0.5～2:1～2；本发明还公开了一种降解废气的Cu‑Mn‑Zr复合催化剂的制备方法和应用；催化燃烧降解酯类有机物的同时温度低于工业上已投入使用的大部分催化剂，通过不同的铜、锰、锆原子比，获得最适合较低温催化燃烧的催化剂，投入实际生产将具有很大的应用价值与广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及用于VOCs废气处理的催化剂领域，特别是涉及降解VOCs废气的Cu-Mn-Zr复合催化剂和制备方法。

背景技术

按照世界卫生组织(WHO,1989)的定义，挥发性有机化合物(Volatile OrganicCompounds,VOCs)是指沸点范围在50～260℃之间，室温下饱和蒸气压超过133.32Pa，在常温下以蒸气形式存在于空气中的一类有机物。按挥发性有机化合物的化学结构可进一步分为8类：烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他化合物。芳香烃是VOCs的一类物质，其主要来源于工业生产过程和燃料燃烧过程，如钢铁生产过程、炼焦过程、建筑涂装过程和汽车行驶过程。乙酸乙酯是芳香烃类的一种代表性物质，在众多VOCs中，乙酸乙酯是一种重要的有机化工原料，并可作为极好的工业溶剂，被广泛用于醋酸纤维、乙基纤维、乙烯树脂、乙酸纤维树酯、合成橡胶、涂料、油墨以及油漆等的生产过程中。乙酸乙酯对人体健康也存在较大的危害，暴露于400ppm下即对眼睛产生刺激，还会造成恶心、呕吐，损害呼吸系统，抑制中央神经系统等症状。

传统的乙酸乙酯废气处理方法包括物理(如冷凝、吸附)、化学(如吸收、催化燃烧)和生物(如生物氧化)方法，但这些方法存在一些不足，如冷凝法对挥发性较高的乙酸乙酯处理效果不好；吸收法处理费用较低而且效果好，但是吸收剂的后处理成本高，易造成二次污染；生物氧化法不很适合处理有生物毒性的有机废气。因此仅依靠这些技术难以彻底根治工业生产过程中乙酸乙酯废气的污染问题。而低温催化燃烧法可以在远低于直接燃烧温度条件下处理低浓度的有机废气，具有净化效率高、无二次污染、能耗低等的特点。

在催化燃烧技术中，催化剂性能的优劣对催化效率和降低运行成本有着决定性的影响。催化燃烧催化剂属于固体催化剂，一般由载体、活性组分和助催化剂等组成。按照催化剂所使用的活性组分的不同，催化剂可以分为贵金属催化剂和金属氧化物催化剂(非贵金属催化剂)两大类。贵金属催化剂具有低温高活性的特点，但成本较高。近年来探索非贵金属氧化物催化剂催化燃烧VOCs是环境催化领域的研究热点之一，该类催化剂具有催化氧化活性高、稳定性佳、廉价等特点而得到广泛深入研究，以Cu、Mn、Cr、V、Ce、Zr等非贵金属氧化物为主。而溶胶凝胶法制备Cu-Mn-Zr复合催化剂用于乙酸乙酯废气降解的研究还未见有关文献报道。

公开号为CN104841456A的中国专利文献公开了一种促进化工废气中乙酸乙酯转化的催化剂制备方法，以一定配比的硅藻土、镁铝水滑石混合后作为载体，一定配比的铜、镍、铑金属氧化物作为活性组分，实现了把乙酸乙酯转化为二氧化碳和水，在催化剂的作用下，乙酸乙酯浓度由1.4mg/m³降低到0.1mg/m³，对乙酸乙酯的去除率最佳处理效果可达92.8％，未提及催化降解温度。

发明内容

本发明提供了一种降解VOCs废气的Cu-Mn-Zr复合催化剂，可以催化降解更高浓度的乙酸乙酯废气，并在低温催化条件下达到更高的乙酸乙酯去除率。

一种降解VOCs(乙酸乙酯)废气的Cu-Mn-Zr复合催化剂，所述Cu-Mn-Zr复合氧化物通过溶胶凝胶法制备，其中Cu：Mn：Zr＝0.5～2:0.5～2:1～2。本发明的Cu-Mn-Zr复合氧化物中铜原子、锰原子和锆原子的比例对催化剂的低温活性有明显的影响。发明人经过试验确认了活性较高的比例，优选地，所述Cu：Mn：Zr＝1～2:1～2:1～2。优选的，所述Cu：Mn：Zr＝0.5～1:0.5～1:1～2。