[发明专利]一种用于烯烃催化燃烧工艺的双组分负载型催化剂及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种用于烯烃催化燃烧工艺的双组分负载型催化剂及其制备和应用，双组分负载型催化剂以氢型分子筛HZSM‑5作为载体、负载过渡金属为活性组分、碱金属为助剂；所述活性组分和助剂的总负载量为催化剂重量的0.1～10％。将含有烯烃的废气通过所述双组分负载型催化剂，在100‑300℃进行催化燃烧。本发明的制备方法简单易行，不会对人体健康和生态环境造成危害。本发明制备的催化剂能提高烯烃催化燃烧工艺的矿化率，降低积碳对催化剂过程的影响，延长催化剂的使用寿命。

技术领域

本发明涉及环境催化领域，具体涉及一种用于烯烃催化燃烧工艺的碱金属和过渡金属双组分负载型催化剂及其应用。

背景技术

伴随着社会经济的高速发展，我国工业化、城镇化进程加快，资源能源消耗大量增加，大气污染成为不容忽视的严峻问题。近年来，随着一系列相关政策和法规的实施，全国环境空气质量持续改善，但细颗粒物(PM2.5)浓度仍处于高位，京津冀及周边地区远超过国家环境空气质量二级标准；同时，重点区域臭氧浓度呈现上升趋势，尤其是在夏秋季已成为部分城市的首要污染物。烯烃作为一类典型的挥发性有机物(Volatile OrganicCompounds，VOCs)，是形成臭氧和细颗粒物污染的重要前体物。

烯烃在化工产业中用途广泛，因此工业有机废气排放是环境中烯烃的重要来源。有组织排放的工业有机废气一般可经过收集和处理有效减少尾气中烯烃的含量，高效末端处理技术的开发和应用是目前研究者的工作重点。目前常用的VOCs控制技术主要有热力燃烧法、催化燃烧法、吸附法、吸收法、冷凝法等，其中，催化燃烧技术凭借处理效率高、能耗低、热力可回收等特点成为最具应用前景的技术之一。早在上个世纪，科研人员就对贵金属和复合氧化物为基础的催化剂进行了深入的研究。为了改善催化性能，降低成本，替代材料的探索也已经兴起，其中广受关注的主要是过渡金属和沸石分子筛。

在烯烃的催化燃烧过程中，由于碳碳双键的存在，其在较低温度下极易发生聚合、烷基化和芳构化等反应，这些反应产生的大分子副产物积累在催化剂表面，覆盖了催化剂的活性位点或者堵塞催化剂孔道，使催化剂很快失活。同时，过渡金属类催化剂活性相比贵金属类催化剂较低，其在较低温度下深度氧化能力不足，导致反应矿化率较低。因此，开发一种具有优异的催化稳定性和CO₂选择性的催化剂对于烯烃的催化燃烧工艺具有重要意义。

发明内容

为克服现有催化材料的不足，本发明提供一种用于烯烃催化燃烧工艺的碱金属和过渡金属双组分负载型催化剂，其具有优异的催化稳定性和CO₂选择性。

一种用于烯烃催化燃烧工艺的双组分负载型催化剂，以氢型分子筛HZSM-5作为载体、负载过渡金属为活性组分、碱金属为助剂；所述活性组分和助剂的总负载量为催化剂重量的0.1～10％。

HZSM-5负载过渡金属后形成双功能催化剂，分子筛的酸性中心和过渡金属的活性中心协同作用使得催化剂具有较好的活性表现。碱金属的加入可以改变过渡金属在载体表面的存在状态，增强其分散性。同时作为一种电子助剂，碱金属可以提高催化剂的携氧能力和氧流动性能，增强其深度氧化能力，提高催化反应的矿化率。另外，碱金属还可以调节催化剂的表面酸性，减缓积碳的产生速率，提高催化剂的稳定性。这种双组分负载型催化剂可以兼顾催化反应的活性、稳定性和矿化率，因而在烯烃催化燃烧工艺中表现出良好的性能。

优选地，所述过渡金属为Cu、Mn、Ce中的一种。

优选地，所述碱金属为Na、K、Cs中的一种。

优选地，所述碱金属与过渡金属的质量比为1:1～20。

进一步优选地，所述碱金属和过渡金属占催化剂的质量百分比为0.1～5％，所述碱金属与过渡金属的质量比为1:1～20。

跟进一步优选地，所述碱金属和过渡金属占催化剂的质量百分比为2～4％，所述碱金属与过渡金属的质量比为1:1～4。