[发明专利]用于乙烯低温催化燃烧的自支撑金属或金属氧化物核-壳结构催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于乙烯低温催化燃烧的自支撑金属或金属氧化物核‑壳结构催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂是由锚附在规整结构金属载体（ZT）上的Al₂O₃和/或Co₃O₄纳米片负载金属或金属氧化物核‑壳结构而形成的催化剂，具有如下通式：xM‑yMO/zNanosheet@ZT，其中zNanosheet@ZT表示规整结构金属载体为核、Al₂O₃和/或Co₃O₄纳米片为壳所组成的核‑壳结构，xM‑yMO为分散在Al₂O₃和/或Co₃O₄纳米片上的金属或金属氧化物，x为0～2%，y为0～10%，z为0.5～20%，余量为ZT。本发明的催化剂对于微量乙烯催化燃烧具有低温活性高、稳定性好等特点。

技术领域

本发明涉及一种用于乙烯低温催化燃烧的自支撑金属或氧化物核-壳结构催化剂及其制备方法和应用，具体说，是涉及一种由锚附在规整结构载体上的Al₂O₃和/或Co₃O₄纳米片负载金属或金属氧化物核-壳结构而形成的催化剂及其制备方法，和其在微量乙烯低温催化燃烧反应中的应用，属于环境催化技术领域。

背景技术

作为一种气体植物内源激素，乙烯在植物开花、果熟、衰老和脱落过程中扮演重要角色；但是，如果周围大气受到乙烯污染，致使其含量超过一定水平，就会干扰植物正常生长发育的调节机制，逐渐引起植物生长异常，最终造成农林业的损失。同时，乙烯也是一种大气污染物，虽然会对人体产生较强的麻醉作用，但它并不像其它污染物那样直接又强烈地危害人体健康，所以没有引起人们的普遍重视。即便如此，乙烯对植物、果蔬和人类健康的影响作用依然不容忽视，加之它还会造成光化学污染，因此对乙烯污染进行有效治理势在必行（Appl. Catal. A, 2009, 370, 59-65）。

在实际生产过程中，通常有三种情况须进行乙烯脱除。第一种，气调冷库作为目前最先进的陆用和船舶用果蔬保鲜储藏技术，脱除果蔬贮藏环境中的痕量乙烯以达到延长果蔬贮藏期和货架期的目的，一直是气调贮藏技术亟待解决却又难以突破的核心问题之一（J. Nanosci. Nanotechnol., 2006, 6, 3599-3603）；第二种，乙烯氧化生产环氧乙烷工业过程中会副产大量纯度较高的CO₂，如果对其中ppm级的乙烯进行净化脱除，不仅能够回收得到工业级和食品级CO₂，变废为宝，而且可以减轻大气污染和温室效应，实现经济效益与社会效应的双赢（Appl. Catal. A, 2012, 427-428, 73-78）；第三种，伴随着石油化工及社会经济的蓬勃发展，工业废气和汽车尾气成为大气乙烯的主要来源，治理这些局部性的乙烯污染是保障人类健康和良好生态环境的必然条件。

针对这些现实问题，近年来涌现出多种乙烯脱除技术，主要包括吸附、吸收、微生物降解（Appl. Environ. Microbiol., 2000, 66, 3878-3882）、臭氧氧化和催化燃烧法（Chem. Eng. J., 2007, 132, 345-353）。通过净化处理乙烯的浓度一般需降到1 ppm以下，对于保鲜冷库中乙烯敏感型的果蔬，则须把贮藏环境中的乙烯浓度脱至0.02 ppm，而这种脱除标准是吸附法和吸收法难以企及的。虽然微生物降解法可实现低温操作（0-10 ^oC），却存在脱除效率低下及稳定性差的缺陷。臭氧氧化法是利用臭氧的强氧化性使乙烯完全分解，但臭氧制备困难又极易分解，其自身较大的毒性则会造成二次污染，所以至今没有被广泛应用。自Pfefferl于1974年首次提出催化燃烧的概念以来，因其良好的燃烧效率与能量利用率而被广泛用于能量利用和挥发性有机污染物（VOCs）治理过程中。因此，针对这种大流量、低浓度且无回收价值的乙烯废气，采用催化燃烧法无疑是最经济有效的处理方式。