[发明专利]一种VOCs催化燃烧整体金属泡沫催化剂及其制备与应用

说明书

本发明提供了一种贵金属整体催化剂，该催化剂以泡沫镍为载体，以Pt或Pd为活性组分，活性组分的质量负载量为0.1～1％；该催化剂通过离子交换法制得，反应温度为20～90℃；本发明贵金属整体泡沫镍催化剂的制备方法简单灵活，在催化燃烧VOCs中呈现了优良的活性，并且具有极好的抗水性、抗热冲击性和非常高的稳定性。

技术领域

本发明涉及有机废气催化燃烧技术领域，一种直接离子置换贵金属制备成的整体金属催化剂。

背景技术

近年来，随着快速的城市化和工业化发展，各行业生产中废料的排放给环境造成的危害日益严重，尤其是大气污染中挥发性有机物(VOCs)的排放逐渐增多，成为与SOx和NOx并列的三大主要大气污染物之一，其主要来源于石油精炼、石化加工、染料涂料和各种使用有机溶剂的行业。挥发性有机化合物(VOCs)是指在常温常压下饱和蒸气压约大于70Pa，沸点在260℃以下的一系列有机化合物，如甲苯、乙酸乙酯和乙醛等。有机物的种类和性质差异使其造成的污染危害形式不一，其中大多数排放的VOCs都会导致二次污染物的形成，如对流层臭氧、过氧乙酰硝酸盐和二级有机气溶胶等，这些物质不仅破坏了生态的平衡，还有毒、致癌，给人类的身体健康和生存环境造成了极大的危害。因此，在推行节能减排等法律法规政策的同时，研究高效、经济、环保和实用的VOCs处理技术，在促进经济和社会环境和谐发展方面显得尤为重要。

随着环境危害的严峻和环保意识的提高，近年来国家发布了越来越严格的工业废气排放标准，其中环保部在2013年发布的《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》中提出了对VOCs生产、运输和销售等环节应采取相关的污染防治策略和方法。目前，行业中针对VOCs的处理已经发展出了多种技术，其主要包含两大类：一类是包含吸附、吸收、膜分离和冷凝等技术的回收法；另一类是包含催化燃烧、热力学焚烧、生物降解、光催化分解和等离子氧化等技术的销毁法。但是由于VOCs种类的不同以及废气排放源环境条件的差异，这些技术在使用过程中都存在着只能处理特定场景等局限性。如冷凝、膜分离和吸附技术由于不能同时处理多种VOCs气体，常用于化工、医药和合成材料行业排放的高浓度VOCs净化及回收；生物处理需要较长的床层反应时间，比较适合于VOCs含量较低的橡胶、食品等行业的除臭；热力学焚烧技术由于能耗需求较高，设备占用体积庞大，适用于石油化工等大型化工企业；等离子体和光催化技术虽然不需要大量能耗投入且反应条件温和，但是其净化效率不高，容易产生臭氧等二次污染。而催化燃烧技术由于应用催化剂降低反应活化能的原理能够使VOCs在较温和条件(一般200～500℃)下深度氧化完全降解成无危害的CO₂和H₂O，不仅节能环保，而且适用性很广，近年来受到越来越多的青睐和重视。

显而易见，催化燃烧技术中最关键的部分就是催化剂，其性能优劣对VOCs的去除效果和催化过程能耗起着决定性的作用。随着催化领域理论的发展和催化剂制备工艺技术的进步，催化剂的结构形式逐渐由从传统的粉末型发展到颗粒型再到如今使用广泛的整体式。整体式催化剂与传统粉末型和颗粒型催化剂相比，具有以下优点：(1)传热效率高。整体式催化剂壁薄、开孔率高，直通孔道大大增加了废气与催化剂的接触面积，气体向表面传热快，使催化剂的着火时间减少；(2)传质效率高。负载型整体式载体上的涂层具有高的比表面积，活性组分能够在其表面充分分散排布，反应物扩散到活性中心的路程缩短，减小了内扩散的影响；(3)床层压降低。载体的几何构型使流体通过催化剂床层时阻力降低，气流的压力下降；(4)放大效应小。实验室和商用催化剂的不同在于孔道数量的多少。催化燃烧主要是一种气固相反应，催化床层的传质传热等性能会显著影响其催化的效果，因此具有以上优点的整体式催化剂被广泛用作催化燃烧催化剂。