[发明专利]一种阻燃疏水型多孔基体负载非贵金属催化剂、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种阻燃疏水型多孔基体负载非贵金属催化剂、制备方法及其应用。所述阻燃疏水型多孔基体负载非贵金属催化剂的制备方法简单、机械强度高、耐水热稳定性强，在含湿气VOCs治理中具有良好的挥发性有机物催化性能以及使用寿命长等优点，而且还可适用于废水的催化湿式氧化。

技术领域

本发明涉及一种阻燃疏水型多孔基体负载非贵金属催化剂。更具体而言，本发明涉及阻燃疏水型多孔基体负载非贵金属催化剂及其制备方法。本发明还涉及该阻燃疏水型多孔基体负载非贵金属催化剂在催化氧化处理挥发性有机物(VOCs或VOC)和高化学需氧量(COD)废水中的应用。

背景技术

近年来随着国家对环保要求的日益提高，吸附法、吸收法、冷凝法、膜分离法、高温焚烧法以及催化氧化法等回收技术广泛应用于各种含挥发性有机物(VOCs)的废气的回收/治理。其中，吸附法适用于500-3000 h^-1较低的空速下脱除废气中低浓度的挥发性有机污染物的处理，具体采用多孔基体吸附截留的方式将高沸点的组成(C5以上)吸附在其表面或孔道，这一过程几乎不发生化学反应，吸附饱和后的基体需要再生解吸以获得再次吸附性能，基体的使用周期在1-2年后作为危险固废处置。吸收法基于相似相溶原理采用高沸点的溶剂(如低温柴油)将VOCs中的高沸点组成吸收形成富液，富液经过解吸后返回体系中再次用于吸收。冷凝法是根据有机物在不同温度下的饱和蒸气压不同，通过降温和/或加压方式将有机物冷凝为液体，从气相中去除加以净化的过程。膜分离过程可采用有机聚合膜、无机膜和生物膜，然而这些膜材料存在通量低、选择性差和不适合高空速处理等缺点。高温焚烧发对于温度要求很高，一般超过800℃，虽然可以达标治理，但要补充大量的辅助易燃气体如天然气等保持燃烧的温度，能量消耗大。

与上述各方法相比，催化氧化法是在催化剂的作用下使有机废气发生无焰燃烧，具有选择性高和反应温度低等优点，其反应温度一般低于500℃，产物是无毒的CO₂和H₂O，催化氧化适合处理的挥发性有机物中非甲烷总烃通常高于500mg/m³。催化氧化最为核心的是催化剂，分为贵金属和过渡金属氧化物两类催化剂。贵金属催化剂具有活性高、起燃温度低、稳定性好和使用周期长等优点，但价格昂贵，不适合处理含有硫的有机气体。非贵金属主要以过渡金属氧化物为主，具有较好的抗中毒性能和氧化活性，但催化剂存在寿命短、活性低和起燃温度高等缺点。ZL200510060542.9公开了一种稀土复合多孔氧化铝负载钯催化剂的制备方法，该催化剂以蜂窝基体陶瓷为载体，采用溶胶浸涂法涂覆水合氧化铝、热吸附法负载铈-锆氧化物和负载金属钯活性组分，在10000~30000h^-1空速下，催化剂对甲苯和乙酸乙酯的完全氧化温度分别为180~200℃和260~280℃，但该专利没有提到溴化物对催化剂活性及寿命的影响。US4983366公开了一种含烃类和一氧化碳的废气催化转化的方法及相关的净化装置，该方法使废气通过含氧化铝、二氧化硅和/或含有氧化物或钡、锰、铜、铬和镍的沸石，再通过含有铂和/或钯或铑的催化剂，该催化剂特别适用于处理氯乙烯生产装置产生的废气，但是，该催化剂没有提到高强度基体对贵金属催化剂寿命的影响。CN95197182.4公开了一种处理含有卤化的有机化合物、非卤化的有机化合物、一氧化碳或其混合物的气体的催化剂和方法，该催化剂的特点为含有至少一种铂族金属、氧化锆和至少一种锰、铈或钴的氧化物。CN200610047791.9提供了一种有机废气的净化方法，特别是含乙醛、乙二醇及PTA粉尘等的有机废气的净化方法，如聚酯废气的处理方法，其中催化燃烧采用含铂、钯或含CuO、MnO₂的蜂窝状催化剂。科莱恩公司在CN201810125199.9中披露了用于VOC和卤化VOC排放物控制的低成本氧化钌系催化剂，其催化剂包括贵金属铂系金属例如钌和铂，铈锆固溶体以及氧化锡和氧化硅等组分。根据报道，科莱恩开发的EnviCat VOC催化剂去除有害的挥发性有机化合物(VOCs)和一氧化碳(CO)效率高，同时热力能耗又能节省达40%。CN201410455174.7介绍了一种包括氧化铁、四氧化三钴、氧化镍、氧化铜、氧化钒、氧化铬、二氧化锰或氧化铈非贵金属氧化物组分的催化剂，这种催化剂组分涂层于载体上，制备成用于甲烷和其他VOC气体的催化燃烧催化剂。ZL201710256841.2中介绍了在凹凸棒土负载Mg、Ti、Mn、Co、Cu、La、Ce、Zr两种以上金属，焙烧后捏合挤出成型的方法，然而这种催化剂的金属负载量大，成本高，VOCs治理通常为表面快速反应，在催化剂内部的活性组分无法发挥作用。CN201911113364.X介绍了一种以堇青石多孔陶瓷为基体，涂覆Cu-Mn-Ce复合氧化物涂层的催化剂，其中Cu-Mn-Ce复合氧化物是以乙二胺为沉淀剂，通过水热法制备而成。