[发明专利]具有相变蓄热功能的负载型催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种具有相变蓄热功能的负载型催化剂及其制备方法与应用；该催化剂包括由复合式相变蓄热陶瓷载体及催化活性组分构成；其中复合式相变蓄热陶瓷载体包括由金属相变材料和陶瓷基体构成，所述金属相变材料为Al、Si、Cu、Sn、Ag一种或两种金属粉末，所述陶瓷基体为Al₂O₃、MgO、ZrO₂中的一种非金属氧化物，所述催化活性组分为Ce、Ni、Co、Mn、Fe、Cu等过渡金属的复合氧化物。本发明还涉及前述催化剂的制备方法，该制备方法具有工艺简单、易于规模化工业生产的特点；同时，本发明的催化剂蓄热密度高、导热性好、比表面积大，用于有机废气的催化燃烧处治时，可以有效回收反应过程中的热量，提高有机物的去除效率的同时，减少该工艺技术的能源消耗。

技术领域

本发明属于环境催化领域，具体涉及一种具有相变蓄热功能的负载型催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)目前已成为我国大气环境中继二氧化硫、氮氧化物之后的第三大类污染物，该类物质广泛来源于工业生产与居民消费。科学研究表明，VOCs不但能够直接破坏人体的呼吸、消化系统，还是PM2.5、臭氧等污染物的主要前体物，能够引发深层次的环境问题。

目前VOCs的常见处理技术包括活性炭吸附、生物处理、氧化燃烧、等离子体、光催化等，其中氧化燃烧技术由于具有VOCs处理效率高、氧化彻底、使用安全等特点，特别适合石油化工、有机化工、医药制造等高浓度有机废气的处治。但是，该技术由于在运行过程中需要保持充分的高温反应条件，因而需要消耗较多的能源供给。为此，工程技术人员设计了一种用于VOCs处理的蓄热催化反应器（RCO），一方面利用催化剂降低VOCs氧化所需要的温度，一方面利用2-3个陶瓷蓄热体对VOCs燃烧后的热量进行回收，再通过进气阀与排气阀的切换，使已蓄热的陶瓷体对废气进行预热，进一步达到降低系统能耗的目的。但是，这种传统的蓄热催化反应器在实际应用中，同样暴露出了一定的不足，具体表现为：（1）现有的蓄热体与催化剂为相互独立的单元，同时加装于设备时导致设备占地面积大、初期投资成本高；（2）现有的蓄热材料蓄热密度低，难以充分回收燃烧过程中产生的热量；（3）催化材料对蓄热体回收的热能利用率低，需要通过燃料补充热量，增加了运行成本。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种蓄热密度高、导热性好、比表面积大的一体式具有相变蓄热功能的负载型催化剂及其制备方法，有效回收反应过程中的热量，提高有机物的去除效率的同时，减少该工艺技术的能源消耗。

本发明采用的技术方案为：一种具有相变蓄热功能的负载型催化剂，其技术要点是,由复合式相变蓄热陶瓷载体及催化活性组分构成；所述的复合式相变蓄热陶瓷载体由金属相变材料和陶瓷基体构成，所述金属相变材料为Al、Si、Cu、Sn和Ag中的一种或两种，所述陶瓷基体为Al₂O₃、MgO或ZrO₂，所述催化活性组分为Ce、Ni、Co、Mn、Fe、Cu等过渡金属的复合氧化物。

上述方案中,所述的复合式相变蓄热陶瓷载体中金属相变材料和陶瓷基体的质量比为（1-9）:1。

上述方案中,其比表面积为228-378 m²/g，蓄热密度为127-236J/g。

一种如权利要求1所述的具有相变蓄热功能的负载型催化剂的制备方法，其制备步骤如下：

（1）混料：将金属粉末与陶瓷基体按（1-9）:1的质量比进行混合，并放入球磨机中干磨30min；再向研磨后的混合物中加入助剂和粘结剂，助剂与粉末混合物的质量比控制在1：（10-20）之间，粘结剂与粉末混合物的质量比控制在1:（20-50）之间，同时保持物料在球磨机中继续研磨30min，获得复合粉料；

（2）成型：将研磨后的复合粉料挤压成型，形成块体,挤压时的压力在4-20MPa,压力维持时间在5-25min；