一种含氮有机物催化燃烧催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种含氮有机物催化燃烧催化剂及其制备方法和应用，以Al

【技术实现步骤摘要】
一种含氮有机物催化燃烧催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种催化燃烧催化剂及其制备方法和应用，尤其涉及一种含氮有机物催化燃烧催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
含氮挥发性有机物广泛存在于胺、酰胺、腈等的生产或使用过程中，如丙烯腈合成工艺大多采用BP公司开发的丙烯氨氧化工艺，工艺废气中主要含有丙烯、丙烷、一氧化碳和丙烯腈。催化燃烧是处理挥发性有机物废气的有效手段，含氮有机物中的氮元素的最终产物有两种可能，一种是N2，一种是NOx。从环保角度考虑，应尽量避免生成NOx。CN1034867公开了一种含氮有机废气净化催化剂，该催化剂以天然丝光沸石为载体，活性组分以铁、铜、锰、铈、铬氧化物的两种以上的组合而成，活性组分和载体的重量比为1%-10%。该催化剂对正丁胺、N-二甲基甲酰胺、苯胺等含氮有机物都具有良好催化活性和较强的控NOx能力。但该催化剂在实施时需与Pt-Pd贵金属催化剂配合使用，在空速5000-15000h-1，温度280-400℃，浓度2000-5000mg/m3时，转化率大于98%，控NOx效率大于90%。但是，该催化剂并未涉及稳定性问题。CN103212419公开了一种用于含丙烯腈废气的催化剂及制备方法和应用，催化剂采用钙钛矿型晶形（ABO3）的金属氧化物作为催化剂，其中A为稀土金属，B为过渡金属，通过A、B位金属离子的筛选与组合，采用苯甲醇合法合成出适用于含丙烯腈废气脱除的催化剂，并通过控制催化燃烧工艺条件，使丙烯腈转化为无毒无害的产物，即N2，H2O和CO2，尤其是在高温阶段能防止其它氮氧化物的产生。该催化剂所需反应温度高，而且N2选择性差。LaCu0.2Fe0.8O3是其中活性最高的催化剂，在反应300℃时，氮气的收率低于80%。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种含氮有机物催化燃烧催化剂及其制备方法和应用。本专利技术方法制备工艺简单，制备的催化剂对含氮有机废气具有良好的催化燃烧活性、选择性和稳定性，特别适于处理含丙烯和丙烯腈的有机废气。本专利技术提供的含氮有机物催化燃烧催化剂，以Al2O3为载体，活性组分为Ir，助剂组分为Sm、In、Sn氧化物中的一种或几种，优选为Sm。以Al2O3载体计，活性组分Ir负载量为0.1wt%-1wt%，助剂组分负载量为1wt%-10wt%。进一步地，本专利技术提供的催化剂中还包括微量的Pt和/或Pd活性组分，Pt和/或Pd的负载量为0.01wt%-0.1wt%。本专利技术所述催化剂的比表面积大于150m2/g，孔容0.3-0.6ml/g，酸量以NH3-TPD方法计为0.6-0.8mmol/g。本专利技术催化剂中的Al2O3为市售或自制的γ-Al2O3。本专利技术含氮有机物催化燃烧催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）首先将载体Al2O3浸渍于助剂的前驱体溶液中，经干燥和焙烧后得到负载助剂的复合载体Al2O3，所述助剂为Sm、In、Sn氧化物中的一种或几种；（2）将步骤（1）得到的复合载体Al2O3浸渍于含有活性组分的盐溶液中，经干燥和焙烧制成催化剂，所述活性组分为Ir。本专利技术中，步骤（1）所述的Al2O3为市售或自制，优选使用γ-Al2O3。本专利技术中，步骤（1）所述助剂的前驱体溶液是含有硝酸钐、硝酸铟、四氯化锡中的一种或几种的水溶液，优选硝酸钐。其中，硝酸钐溶液的质量浓度为5-50g/L，硝酸铟的质量浓度为5.5-55g/L，四氯化锡的质量浓度为4-40g/L，浸渍时间1-10min。催化剂中，以Al2O3载体计，助剂组分负载量为1wt%-10wt%。本专利技术中，步骤（2）中活性组分的盐溶液为Ir的硝酸盐或氯化盐溶液。活性组分的盐溶液中，以金属计，Ir浓度为0.2-2g/L。催化剂中，以Al2O3载体计，Ir的负载量为0.1wt%-1wt%。进一步地，活性组分的盐溶液中还包括Pt和/或Pd，以金属计，Pt浓度为0-0.2g/L，Pd浓度为0-0.2g/L。催化剂中，以Al2O3载体计，Pt和/或Pd的负载量为0.01wt%-0.1wt%。浸渍前，需要控制活性组分盐溶液的pH为3-5。本专利技术中，步骤（2）在活性组分的盐溶液中，可以加入一定量的离子液体，所述的离子液体中阳离子为[emim]+或[bmim]+中的一种，阴离子为BF4-，PF6-，F-，OH-中的一种；离子液体的浓度为1-10g/L。本专利技术中，步骤（1）和步骤（2）中所述的干燥温度为100-120℃，干燥时间为6-12小时；所述的焙烧温度为400-600℃，焙烧时间为2-5小时。本专利技术制备的含氮有机物催化燃烧催化剂的应用，待处理废气中主要含丙烯和丙烯腈，浓度为1000-5000mg/m3，反应温度200-400℃，空速为5000-20000h-1。处理后，丙烯和丙烯腈的转化率均大于95%，N2的收率大于90%。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：（1）采用Sm、In、Sn等助剂组分对γ-Al2O3进行修饰，使其具有适宜的孔道结构和酸强度，有利于含氮有机物分子在催化剂上的扩散与吸附，提高催化剂对含氮有机物的去除效果。（2）Ir与助剂组分Sm、In、Sn协同作用，不仅对含氮有机物具有良好的催化燃烧活性和选择性，特别是有助于避免活性组分的流失，提高了催化剂的稳定性。（3）Ir与Pt和/或Pd活性组分协同作用，使催化剂对含氮有机物的去除效果显著增加，避免生成NOx，N2的收率显著增加。（4）在催化剂制备过程中，加入离子液体，有助于形成适宜的孔道结构，不仅可以提高活性组分的负载量和分散度，而且有助于避免活性组分的流失，提高了催化剂的稳定性。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术更为详细地进行例示性的说明，但是所述实施例不应理解为对本专利技术范围的限制。本专利技术中，wt%为质量分数。实施例1首先将γ-Al2O3在5g/L的硝酸钐水溶液中浸渍5分钟，经100℃干燥12小时，500℃焙烧5小时后得到Sm2O3-Al2O3复合载体。将Sm2O3-Al2O3复合载体浸渍于Ir浓度0.2g/L、Pt浓度0.1g/L、Pd浓度0.1g/L的氯铱酸、氯铂酸和氯钯酸水溶液中，溶液的pH为4，经120℃干燥6小时，600℃焙烧3小时后得到负载Ir-Pt-Pd的催化剂。所得催化剂中，Sm2O3负载量为1wt%，Ir负载量为0.1wt%，Pt负载量为0.05wt%，Pd负载量为0.05wt%。所得催化剂的比表面积190m2/g，孔容0.5ml/g，酸量以NH3-TPD方法计为0.6mmol/g。实施例2首先将γ-Al2O3在5.5g/L的硝酸铟水溶液中浸渍5分钟，经100℃干燥12小时，500℃焙烧5小时后得到In2O3-Al2O3复合载体。将In2O3-Al2O3复合载体浸渍于Ir浓度0.2g/L、Pt浓度0.1g/L、Pd浓度0.1g/L的氯铱酸、氯铂酸和氯钯酸水溶液中，溶液的pH为4，经120℃干燥6小时，600℃焙烧3小时后得到负载Ir-Pt-Pd的催化剂。所得催化剂中，In2O3负载量为1wt%，Ir负载量为0.1wt%，Pt负载量为0.05wt%，Pd负载量为0.05wt%。所得催化剂的比表面积188m2/g，孔容0.55ml/g，酸量以NH3-TPD方法计为0.65mmol/g。实施例3首先将γ-Al2O3在4g/L的四本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含氮有机物催化燃烧催化剂，其特征在于：以Al

【技术特征摘要】
1.一种含氮有机物催化燃烧催化剂，其特征在于：以Al2O3为载体，活性组分为Ir，助剂组分为Sm、In、Sn氧化物中的一种或几种；以Al2O3载体计，活性组分Ir负载量为0.1wt%-1wt%，助剂组分负载量为1wt%-10wt%。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述催化剂中还包括Pt和/或Pd活性组分，Pt和/或Pd的负载量为0.01wt%-0.1wt%。3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其特征在于：所述催化剂的比表面积大于150m2/g，孔容0.3-0.6ml/g，酸量以NH3-TPD方法计为0.6-0.8mmol/g。4.权利要求1所述的含氮有机物催化燃烧催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）首先将载体Al2O3浸渍于助剂的前驱体溶液中，经干燥和焙烧后得到负载助剂的复合载体Al2O3，所述助剂为Sm、In、Sn氧化物中的一种或几种；（2）将步骤（1）得到的复合载体Al2O3浸渍于含有活性组分的盐溶液中，经干燥和焙烧制成催化剂，所述活性组分为Ir。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的Al2O3为市售或自制的γ-Al2O3。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述助剂的前驱体溶液是含有硝酸钐、硝酸铟、四氯化锡中的一种或几种的水溶液；其中，硝酸钐溶液的质量浓度为5-50g/L，硝酸铟的质量浓度为5.5-55g/L，四氯化锡的质量浓度为4-40g/L，浸渍时间1-10min。7.根据权利要求6所述的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学海，陈高升，刘忠生，刘淑鹤，王宽岭，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11