一種簡便的銅錳複合氧化物整體式催化劑製備方法
2023-04-29 18:24:21 1
專利名稱：一種簡便的銅錳複合氧化物整體式催化劑製備方法
技術領域：
本發明涉及一種簡便的整體式催化劑製備方法，具體是一種用於有機廢氣催化燃燒淨化的銅錳複合氧化物整體式催化劑的簡便製備方法。
背景技術：
整體式催化劑是有許多狹窄的平行通道整齊排列的一體化催化劑，通常由整體載體、塗層和活性組分三部分組成。整體載體是催化劑的基本骨架，常見蜂窩陶瓷載體和金屬載體兩類；塗層用來增加催化劑的比表面積，同時還可以增強負載活性組分在整體載體上的附著性能，有些塗層本身也具有一定的催化活性；活性組分是整體式催化劑的關鍵部分，能夠提供反應所需的催化活性位。由於具有床層壓降低、催化效率高、放大效應小等優點，近年來整體式催化劑已被廣泛應用於許多化工領域，如汽車尾氣和工業有機廢氣催化燃燒、天然氣催化燃燒、NOx選擇性催化還原以及一些有機合成的多相反應等，已成為當今多相催化領域中最具發展潛力的研究方向之一。催化燃燒是一種實用簡便的有機廢氣淨化處理技術，該技術是將有機物分子在催化劑表面作用發生深度氧化轉化為無害的二氧化碳和水。催化活性材料大多採用貴金屬、 非金屬氧化物或二者的混合物。如專利CN101138728B涉及一種淨化有機廢氣的金屬氧化物混合物催化劑及其製備方法。該催化劑以硝酸強化預處理的堇青石蜂窩陶瓷為載體，在載體上一次性負載鈰鑭鋯混合氧化物改性的活性氧化鋁塗層與含多種金屬氧化物混合物的活性組分，所製備的催化劑對苯、甲苯、二甲苯以及多環芳烴等有機廢氣具有催化燃燒效率高和起燃溫度低等優點。隨著整體式催化劑在有機廢氣催化燃燒淨化等領域的廣泛應用，其需求量越來越大，因此急需解決大規模化簡便生產問題。有關整體式催化劑的製備，目前通常採用兩步法，即在蜂窩陶瓷載體上先塗覆一層Y-Al2O3等活性塗層，然後再通過浸漬等過程負載銅錳等活性組分。該製備過程比較繁瑣，為此開發一種既具有高活性又操作簡便的整體式催化劑具有重要意義。
發明內容
技術問題本發明的目的在於針對目前整體式催化劑製備過程複雜、活性物質在整體載體上粘附穩定性較低等不足，提供了一種用於有機廢氣催化燃燒淨化的銅錳複合氧化物整體式催化劑的簡便製備方法。技術方案本發明的簡便的銅錳複合氧化物整體式催化劑的製備方法為將擬薄水鋁石、尿素、表面活性劑、金屬硝酸鹽和去離子水混合，其中按重量計算
擬薄水鋁石 15 30 wt% 尿素6 36 wt%
表面活性劑 1 15 wt% 硝酸銅1. 8 5. 8 wt%硝酸錳2. 0 6. 5 wt%
去離子水 30 60 wt%,
用硝酸調節PH值為1. 5 3，攪拌製成具有良好流動性、均勻穩定、含活性金屬鹽的一體化溶膠漿液，然後將酸蝕預處理的堇青石蜂窩載體浸泡其中1 3 min,再經80 150 °C 乾燥0. 5 3 h、400 800 °C焙燒2 10 h後製得整體式催化劑。所述的表面活性劑為陽離子型CTAB、陰離子型SDBS、非離子型TWeen20或非離子型Tween80中的一種或幾種。有益效果本發明整體式催化劑製備方法的製備工藝簡單，而且所製備有機廢氣催化燃燒催化劑具有性能優良、機械穩定性高、價格低廉等優點。
具體實施例方式本發明所製備的整體式催化劑採用堇青石蜂窩陶瓷載體為基質，在其孔道內表面塗覆有Y-Al2O3塗層以及銅錳複合氧化物活性組分。氧化鋁負載量(相對於陶瓷載體的初始質量)為15.廣23. 5 wt%，銅錳複合氧化物活性組分中銅錳摩爾比為1:1，銅錳氧化物負載量(相對於陶瓷載體的初始質量)為2. 05^3. 20 wt%0本發明的整體式催化劑製備方法為先將擬薄水鋁石與金屬硝酸鹽等混合製備成含活性金屬鹽的一體化鋁溶膠，然後採用一步法將其塗覆於堇青石載體，具體過程如下
將擬薄水鋁石粉體、尿素、表面活性劑、硝酸銅晶體、硝酸錳溶液(質量分數為50%)和去離子水混合，用硝酸調節酸度，劇烈攪拌，製得具有良好流動性、均勻穩定、含活性金屬鹽的一體化鋁溶膠漿液；然後將酸蝕預處理的蜂窩陶瓷載體浸泡在漿液一段時間後取出，經過空氣吹掃、乾燥和焙燒等處理即製得整體式催化劑。表面活性劑為陽離子型CTAB、陰離子型 SDBS、非離子型Tween20或非離子型Tween80中的一種或幾種。漿液pH值為1.5 3，各組分含量(按重量計算)為擬薄水鋁石15 30 wt%、尿素6 36 wt%、表面活性劑1 15 wt%、硝酸銅1.8 5. 8 wt%、硝酸錳2.0 6. 5 wt%、水30 60 wt%。蜂窩陶瓷載體浸泡在漿液中的時間為廣3 min，靜置時間為12、8 h ；乾燥溫度為8(Tl50 °C，乾燥時間0. 5 3 h ；焙燒溫度400 800 °C，焙燒時間2 10 h。
下面結合實施例，具體說明整體式催化劑的簡便製備方法，同時描述所製備催化劑的催化性能測試結果，但本發明並不限於這些實施例。實施例1 (1)漿液的製備
稱取5 g擬薄水鋁石粉體、2. 5 g尿素、1.2476 g硝酸錳溶液(質量分數為50%)、0. 8434 g Cu(NO3)2 · 3H20、1 ml CTAB 禾口 1 ml Tween80 於 80 ml 的燒杯中，並加入 12. 5 ml 去離子水，放置在磁力攪拌器上，用硝酸調節PH值至2，劇烈攪拌1 h。靜置15 min，形成具有高固含量、良好流動性、均勻穩定、含活性金屬鹽的鋁溶膠漿液。(2)載體的塗覆
堇青石蜂窩陶瓷載體(組成Mg2Al4Si5O18,規格為f 8'24 mm，方形孔，孔密度400 cpsi, 壁厚0.21 mm)在50%醋酸溶液中浸泡1 h、600 °C下焙燒2 h後，將其浸入上述漿液中並不斷攪拌維持2 min後緩慢取出。通過空氣流吹淨孔道內和外壁上的多餘液體，於室溫下翻轉1 h，靜置12 h，然後110 °C乾燥1 h，再於500 °C焙燒2 h，即製得氧化鋁負載量15. 1 wt%和銅錳氧化物負載量2. 05 wt%的整體式催化劑。(3)催化性能評價
評價反應是在常壓石英管反應器中進行，以鄰二甲苯為模型有機廢氣物。一路空氣 (78.84 ml/min)通入裝有鄰二甲苯的鼓泡器，然後與另一路空氣(121. 16 ml/min)混合後， 進入反應器。鼓泡器溫度控制在0 °C，空氣的總流量為200 ml/min，對應反應器總體積空速(GHSV)約為10000 IT1 (相對於整個整體式催化劑體積)，反應氣中鄰二甲苯體積分數約為1000 ppm，尾氣用氣相色譜在線分析。結果表明所製備整體式催化劑對鄰二甲苯的起燃溫度為333 °C，完全轉化溫度為；357 °C。實施例2 (1)漿液的製備
稱取5 g擬薄水鋁石、3 g尿素、1.2482 g的硝酸錳溶液(質量分數為50%)、0.8439 g Cu(NO3)2 ·3Η20、1. 5 ml CTAB 和 2 ml Tween80 於 80 ml 的燒杯中，並加入 10 ml 去離子水， 放置在磁力攪拌器上，用硝酸調節PH值至1.5，劇烈攪拌1 h。靜置15 min，形成具有高固含量、良好流動性、均勻穩定、含活性金屬鹽的鋁溶膠漿液。(2)載體的塗覆
將酸蝕預處理的堇青石陶瓷載體浸入上述漿液中並不斷攪拌維持1 min後緩慢取出。 通過空氣流吹淨孔道內和外壁上的多餘液體，於室溫下翻轉1 h，靜置18 h，然後120 °〇乾燥1 h，再500 °C焙燒3 h，即製得氧化鋁負載量19. 3 wt%和銅錳氧化物負載量2. 63 wt% 的整體式催化劑。(3)催化性能評價
按實施1的評價方法，此銅錳複合氧化物整體式催化劑對鄰二甲苯的起燃溫度為321 °C，完全轉化溫度為338 °C。實施例3 (1)漿液的製備
稱取5 g擬薄水鋁石、2. 5 g尿素、1.2475 g的硝酸錳溶液(質量分數為50%)、0. 8430 g Cu(NO3)2 ·3Η20、2 ml SDBS和2 ml Tween20於80 ml的燒杯中，並加入10 ml去離子水，放置在磁力攪拌器上，用硝酸調節PH值至1.5，劇烈攪拌1 h。靜置15 min，形成具有高固含量、良好流動性、均勻穩定、含活性金屬鹽的鋁溶膠漿液。(2)載體的塗覆
將酸蝕預處理的堇青石陶瓷載體浸入上述漿液中並不斷攪拌維持2 min後緩慢取出。 通過空氣流吹淨孔道內和外壁上的多餘液體，於室溫下翻轉1 h，靜置M h，然後150 °〇乾燥2 h，再500 °C焙燒3 h，即製得氧化鋁負載量19. 9 wt%和銅錳氧化物負載量2. 70 wt% 的整體式催化劑。(3)催化性能評價
按實施1的評價方法，此銅錳複合氧化物整體式催化劑對鄰二甲苯的起燃溫度為330 °C，完全轉化溫度為348 °C。從上述的實施例中可以看出，本發明所製備整體式催化劑用於二甲苯類有機廢氣催化燃燒淨化處理時，在較低的溫度下，具有優良的催化活性。同時，本發明的整體式催化劑製備工藝簡單。由於採用非貴金屬銅錳氧化物為主要活性組分，致使催化劑生產成本大為降低，易於推廣，具有廣闊的應用前景，有利於工業化生產。
權利要求
1.一種簡便的銅錳複合氧化物整體式催化劑的製備方法，其特徵在於將擬薄水鋁石、尿素、表面活性劑、金屬硝酸鹽和去離子水混合，其中按重量計算擬薄水鋁石 15 30 wt% 尿素6 36 wt%表面活性劑 1 15 wt% 硝酸銅1. 8 5. 8 wt%硝酸錳2. 0 6. 5 wt%去離子水 30 60 wt%,用硝酸調節PH值為1. 5 3，攪拌製成具有良好流動性、均勻穩定、含活性金屬鹽的一體化溶膠漿液，然後將酸蝕預處理的堇青石蜂窩載體浸泡其中1 3 min,再經80 150 °C 乾燥0. 5 3 h、400 800 °C焙燒2 10 h後製得整體式催化劑。
2.根據權利要求1所述的一種簡便的銅錳複合氧化物整體式催化劑的製備方法，其特徵在於所述的表面活性劑為陽離子型CTAB、陰離子型SDBS、非離子型Tween20或非離子型 Tween80中的一種或幾種。
全文摘要
本發明公開了一種簡便的銅錳複合氧化物整體式催化劑製備方法，屬催化技術領域。將擬薄水鋁石、尿素、表面活性劑、金屬硝酸鹽和去離子水混合，用硝酸調節pH值為1.5~3，攪拌製成具有良好流動性、均勻穩定、含活性金屬鹽的一體化溶膠漿液，然後將酸蝕預處理的堇青石蜂窩載體浸泡其中1~3min，再經80~150℃乾燥0.5~3h、400~800℃焙燒2~10h後製得整體式催化劑。本發明所製備整體式催化劑用於二甲苯類有機廢氣催化燃燒淨化時，具有優良的催化活性。同時，本發明整體式催化劑製備方法具有工藝簡便、活性物付著牢固、價格低廉、利於工業規模化生產等優點，具有廣闊的應用前景。
文檔編號B01D53/86GK102319573SQ20111019502
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月13日 優先權日2011年7月13日
發明者傅慧雲, 馮翔, 吳東方, 李望兵, 邊珊珊, 馬婧雯 申請人:東南大學