[发明专利]一种低温催化氧化VOCs的催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低温催化氧化VOCs的催化剂及其制备方法，通过介孔锰锆复合氧化物的制备、离子液体前驱体NMMPS的合成、介孔锰锆复合氧化物负载锆基固态离子液体复合载体的制备、活性组分Ru的负载得到催化剂，该催化剂以具有介孔结构的锰锆复合氧化物与锆基固体离子液体相结合作为载体，以贵金属Ru为活性组分，所述锆基固态离子液体为Zr_0.25[NMMPS]₂PW₁₂O₄₀、Zr_0.5[NMMPS]PW₁₂O₄₀、Zr_0.25[NMMPS]HPW₁₂O₄₀中的一种。本发明的催化剂在相对较低温度条件下就可以将氯苯和三氯乙烯完全催化转化为二氧化碳、水和HCl，并具有较高的反应稳定性。

技术领域

本发明属于资源与环境技术领域，涉及一种VOCs催化氧化技术，特别是涉及一种低温催化氧化VOCs的催化剂及其制备方法。

背景技术

我国工业源VOCs排放涉及行业众多，不同行业排放的VOCs种类、浓度和工况条件千差万别，甚至对于同一行业，因生产原料和工艺技术等差别，排放VOCs的种类和浓度也差异巨大。因此，很难采用单一的工艺技术来控制所有工业源VOCs的排放，需要根据不同行业的排放特征，制定适宜的控制策略及技术路径。

含氯类挥发性有机物作为VOCs中重要的一类，主要包括氯苯、二氯苯、三氯苯、氯甲苯、三氯乙烯等。在氯苯类有机物的生产和使用环节，其通过挥发或废气排放进入到大气当中。此外，在垃圾焚烧、水泥行业、电炉炼钢生产和初级铜冶炼等生产过程中，也会产生含氯类有机物。几乎所有含氯类有机物都具有“三致”毒性，被美国环保局列为优先控制污染物。含氯类有机物的化学性质稳定，具有生物累积效应，这类污染物进入环境中，会对生态环境和人类健康造成长期危害。含氯挥发性有机污染物催化燃烧中催化剂的开发首要解决的关键问题是提高催化剂的使用寿命。虽然，部分过渡金属氧化物如氧化锰、氧化铈等在催化燃烧含氯有机物中表现出较好的活性，这些过渡金属氧化物甚至可以达到与贵金属一样的催化活性，但是都无法避免催化剂氯化中毒的问题。催化剂表面吸附的氯可与金属离子形成氯氧化合物或氯化物，从而减少催化剂的活性中心数量或影响活性中心的氧化还原性能，并抑制催化剂的活性。此外，这一过程还增加了生成高毒性多氯副产物，特别是二噁英的环境风险。

中国专利CN108295852A公开了一种针对含氯挥发性有机物催化氧化反应的Ce-Zr类催化剂，尤其是一种Ru/CeZrO_x型催化剂，可以实现在较低的温度下仍保持较好的活性和转化率。中国专利CN103962127A公开了一种用于氯代芳烃燃烧的催化剂，其为Sr、Ce、Mg、Al、Fe、Co、Ni、Cu掺杂的钙钛矿结构的LaMnO₃，该催化剂制备简单，成本低廉，热稳定性好，但催化活性低，且易低温氯中毒。但是，现有的含氯挥发性有机物催化氧化的催化剂抗水性和抗硫性较差，对含氯挥发性有机物烟气的含水量和含硫量有较高的要求，在进行催化氧化降解之前，需要先对烟气进行脱水和脱硫，这进一步限制了催化剂的实际应用。

发明内容

针对氯苯和三氯乙烯在催化氧化过程中催化剂容易发生氯中毒和传统烟气中水分和SO₂含量高共同造成催化剂中毒失活的问题，本发明公开了一种低温催化氧化VOCs的催化剂及其制备方法，以具有介孔结构的锰锆复合氧化物与锆基固体离子液体相结合作为载体，以贵金属Ru为活性组分用于低温条件下氯苯和三氯乙烯的催化净化。所述催化剂活性组分在载体上高度分散，该催化剂在相对较低温度条件下就可以将氯苯和三氯乙烯完全催化转化为二氧化碳、水和HCl，并具有较高的反应稳定性。

本发明是通过如下技术方案实现的：