[发明专利]一种催化氧化低温降解氯苯的催化剂及其制备和使用方法

说明书

本发明公开了一种催化氧化降解氯苯的催化剂及其制备方法和使用方法。催化剂以锰和铈为活性成分，以煤矸石、煤系膨润土、高岭土这些富含氧化铝成分的煤系固废为载体原料，通过煅烧熔融分离富集氧化铝，与碳纳米管复合形成复合载体，最终制备成锰和铈氧化物为活性成分的催化剂，过渡金属锰铈原子摩尔比为0.53~0.56，活性成分的负载量为10~20%，碳纳米管占复合载体质量百分数为5~10%。制备步骤为将碳纳米管混酸氧化后与煤矸石、煤系膨润土、高岭土煅烧熔融分离富集出的氧化铝混合制成载体，浸渍硝酸锰、硝酸铈溶液后制备而成。采用所述催化剂处理烟气中的氯苯，350℃氯苯转化率为100%，催化活性强、氯苯转化率高；使用原料为煤系固废，可有效实现煤系固废高值利用。

技术领域

本发明属于固体废弃物资源化利用和烟气污染物控制技术领域，具体涉及一种对煤系固废进行资源化利用获得降解烟气污染物氯苯的催化剂的制备方法。

背景技术

挥发性有机化合物VOCs是形成细颗粒物和臭氧的重要前体，随着多数地区大量细颗粒物排放超过了大气循环能力和承载度，出现大范围的雾霾天气，臭氧超标问题日益显现，VOCs污染防治受到了社会的广泛关注。氯苯作为一种含氯挥发性有机化合物，通过生活垃圾焚烧等多种工业过程释放到大气中，烟气中氯苯会与氮氧化物反应，产生光化学烟雾，破坏臭氧层，加剧温室效应。此外，氯苯对人类中枢神经系统有抑制和麻醉作用，含量过高会造成脑细胞损伤，严重威胁人类健康和生态环境。

目前，氯苯降解技术有光催化氧化、生物降解、等离子体降解、直接燃烧等。光催化氧化法强烈依赖于光源且相对较低的量子效率导致该技术的氧化能力受到限制。生物降解仅处理低浓度污染物，无法控制处理过程及填料pH，设备占地面积大，停留时间长。等离子体技术对电源要求高，易产生有毒中间产物、催化剂难固定、易于失活。直接燃烧具有高效、降解彻底等优点，但需要是使用超过1000℃的高温来实现氯苯的全部燃烧，能耗较大。催化氧化降解氯苯温度较低，能耗较低，净化效果好，已成为目前研究热点。开发低温高效稳定价廉的催化氧化降解氯苯催化剂是目前亟需解决的关键问题。

发明内容

本发明旨在提供一种催化氧化降解氯苯的催化剂及其制备方法和使用方法。

本发明的催化剂以锰铈氧化物为活性组分，少量的氧化铈掺入氧化锰来增强活性组分表面的活性氧和脱附氯物种的能力，将羧基化碳纳米管改性氧化铝载体来促进活性组分高度分散，提供酸性位点和表面活性氧，促进反应分子的吸附/扩散能力，提高催化剂活性。

本发明提供了一种催化氧化降解氯苯的催化剂，该催化剂是以煤矸石、煤系膨润土、高岭土富含氧化铝成分的煤系固废以及锰、铈活性组分为催化剂制备原料，通过氧化铝分离富集，与碳纳米管制成复合载体，得到锰铈氧化物为活性成份的催化剂，锰铈原子摩尔比为0.53~0.56，活性成分的负载量为10~20%，碳纳米管占复合载体质量百分数为5~10%。

本发明提供了上述催化氧化降解氯苯的催化剂的制备方法，其包括以下步骤：

（1）将煤矸石、煤系膨润土、高岭土煤系固废分离富集得到氧化铝载体；

（2）将碳纳米管进行混酸氧化处理得到羧基化碳纳米管；

（3）将羧基化碳纳米管的乙醇分散液滴加到氧化铝的乙醇分散液中，获得氧化铝-碳纳米管溶胶后干燥、煅烧得到氧化铝-碳纳米管复合载体；

（4）将硝酸锰、硝酸铈溶液浸渍氧化铝-碳纳米管载体后干燥、焙烧。

上述制备过程进一步说明如下：

步骤（1）中，将煤矸石、煤系膨润土、高岭土等固废磨细后经煅烧沉淀和4~6次溶解沉淀形成高纯度硫酸铝铵晶体，煅烧后形成氧化铝。500~600W煅烧3~10min。

步骤（2）中，混酸为浓硝酸和浓硫酸混合溶液，混酸和碳纳米管的比例为40~60mL/g。