一种含氯挥发性有机化合物催化燃烧的方法技术

本发明专利技术公开了一种含氯挥发性有机化合物催化燃烧的方法，基于CN201710423251.4公开的非涂覆式金属基体整体式催化剂载体/催化剂，将其应用于CVOCs的催化燃烧反应，所述方法中的催化剂载体/催化剂具有高比表面积、活性氧化铝层、较高的表面酸性和亲水性等特征；在CVOCs的催化燃烧反应具有良好的低温活性和选择性及耐久性。本发明专利技术方法在较低的温度下可以将CVOCs完全催化燃烧以达到深度净化之目的，反应产物中氯主要转化成HCl，并且该方法中催化剂具有较强的抗卤素中毒的能力，可应用于大气环保领域中废气中DCM、o‑DCB等含氯挥发性有机化合物的催化燃烧净化。

A catalytic combustion method for volatile organic compounds containing chlorine

The invention discloses a method for catalytic combustion of chlorine-containing volatile organic compounds, which is based on the uncoated metal matrix monolithic catalyst carrier/catalyst disclosed in CN201710423251.4 and is applied to the catalytic combustion of CVOCs. The catalyst carrier/catalyst in the method has a high specific surface area and an active alumina layer. It has high surface acidity and hydrophilicity, and has good low temperature activity, selectivity and durability in the catalytic combustion of CVOCs. The method of the invention can completely catalyze the combustion of CVOCs to achieve the purpose of deep purification at a lower temperature, and the chlorine in the reaction product is mainly converted into HCl. The catalyst in the method has strong anti-halogen poisoning ability, and can be applied to the chlorine-containing volatile organic compounds such as DCM, o_DCB in the exhaust gas of the field of atmospheric environmental protection. Catalytic combustion purification.

【技术实现步骤摘要】
一种含氯挥发性有机化合物催化燃烧的方法
本专利技术属于环境保护
，涉及一种含氯挥发性有机化合物的治理方法，特别是涉及一种含氯挥发性有机化合物催化燃烧的方法。
技术介绍
含氯挥发性有机化合物(ChlorinatedVolatileOrganicCompounds，CVOCs)具有较强的毒性和生物累积性，已经引起了诸多环境和人类健康问题。在CVOCs中，二氯甲烷(Dichloromethane，DCM)和邻二氯苯(1,2-Dichlorobenzene，o-DCB)作为优良的溶剂广泛应用于现代工业生产之中，其治理尤为迫切。催化燃烧由于处理温度低、能耗少、效率高、工艺简单等优点，被认为是处理CVOCs最有前途的技术之一。高效和稳定性好的催化剂成为二氯甲烷催化燃烧的关键。用于CVOCs的催化燃烧的催化剂主要有三类，包括负载型贵金属(活性组分为Pt、Pd、Rh等贵金属)、钙铁矿型复合金属氧化物和过渡金属型催化剂。钙铁矿型复合金属氧化物催化剂的热稳定性好，但反应活性差。过渡金属型催化剂一般具有较好的抗卤素中毒的特性，但其低温活性和热稳定较差。负载型贵金属催化剂在热稳定性、低温活性等方面远优于钙铁矿型复合金属氧化物催化剂和过渡金属型催化剂，但是缓慢的卤素中毒是造成其寿命较短的主要原因。在CVOCs催化燃烧中，催化剂的载体起到了重要作用。一般认为，CVOCs容易在催化剂的表面羟基上吸附并活化形成活性中间体，最终转化为二氧化碳等。催化剂的酸性与氧化性能的协同对CVOCs催化燃烧的活性有着重要的影响。C-Cl键容易在表面羟基位上发生断裂，因而以Al2O3、TiO2、HY，HZSM-5等为载体的固体酸催化剂和酸性分子筛显示出较好的CVOCs催化燃烧活性。Taralunga等(AppliedCatalysisB:Environmental,2005,60(3/4):163-171.)考察了Al2O3、SiO2等载体负载的Pt催化剂在COVCs催化氧化反应上的性能。研究表明，催化剂载体的表面酸性可增强载体与Pt间的相互作用，提高催化剂对CVOCs的活性。但是另一方面，相关研究(VandenbrinkRW,etal.,JournalofCatalysis,1998,180:153-160.)曾考察了γ-Al2O3负载的贵金属催化剂对DCM的催化燃烧反应。结果指出，DCM燃烧反应主要发生在载体氧化铝上，反应过程中部分氯物种会沉积在催化剂表面与Al形成Al-Cl键合，抑制DCM的吸附与活化而引起催化剂失活。Corella等(AppliedCatalysisB:Environmental,2000,27:243–256.)使用商业的Pt催化剂测试了氯化烃催化燃烧的耐久性。他们报道，在1000ppm的DCM的催化燃烧反应中(反应条件为10000h-1的空速、450℃的温度及1.0vol％的水蒸气)，催化剂仍存在缓慢失活现象。因此，抗氯中毒的氧化铝载体的研究具有重要的价值。另一方面，汽油车、柴油车、VOCs等尾气污染治理领域普遍要求，在高空速下后处理催化系统应当具有较小的床层压降和反应器体积。因而，蜂窝状整体式催化剂替代了传统的颗粒堆积型反应器，在尾气治理中获得了广泛的应用。例如，用于汽油车尾后处理系统中的带有活性涂层的堇青石陶瓷蜂窝三元催化剂。近十年来，针对陶瓷蜂窝载体在使用中所暴露出的问题，金属基体整体式催化剂(Metal-monolithiccatalyst，MMC)受到越来越多的关注。与陶瓷基体相比，以不锈钢、铝材及合金等制备的MMC催化剂具有明显优势：1)较强的机械强度和抗震性；2)允许更小的床层压降和反应器体积；3)更低的比热容；4)良好的热传导性；5)具有更好的可塑性等。但是，金属更加光滑的表面及较大的热膨胀系数，使得传统涂覆法制备的活性涂层与金属基体间的粘附性较差，涂层容易从基体上脱落，这一问题被公认为MMC催化剂发展的瓶颈问题。CN201710423251.4公开了一种基于阳极氧化铝改性修饰的非涂覆式金属基体整体式催化剂载体/催化剂及其制备方法。利用传统阳极氧化铝材料的多孔氧化铝层与金属基体间具有高度粘附稳定性的特点，在不破坏其金属基体与多孔氧化铝层的一体化结构并保持多孔氧化铝层的有序孔骨架结构的前提下，针对传统阳极氧化铝材料作为催化剂载体所存在的孔道结构单一、比表面积小、无定形氧化铝层的活性差等缺点，通过扩孔-水热-焙烧的协同处理，在将传统阳极氧化铝材料的无定形氧化铝层转化为γ-氧化铝的同时，对其孔道结构进行调整，制备出一种比表面积高、具有多级孔道结构和活性氧化铝层的新型非涂覆式金属基体整体式催化剂载体。
技术实现思路
本专利技术基于申请人此前的专利技术专利申请(基于阳极氧化铝改性修饰的非涂覆式金属基体整体式催化剂载体/催化剂及其制备方法，申请号CN201710423251.4)，旨在提供一种有效的CVOCs(如DCM、o-DCB等)催化燃烧净化方法。所述的方法用于CVOCs催化燃烧反应时，在较低的温度下可以将CVOCs完全催化燃烧以达到深度净化之目的，并且该方法中催化剂具有较强的抗卤素中毒的能力、较好的选择性及耐久性。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种含氯挥发性有机化合物催化燃烧的方法，其特征在于，含氯挥发性有机化合物在含氧气氛中催化燃烧，所采用的催化剂为非涂覆式金属基体整体式催化剂，包括基于阳极氧化铝改性修饰的非涂覆式金属基体整体式催化剂载体，所述载体的多孔氧化铝层上负载0～10wt％的贵金属元素。所述的基于阳极氧化铝改性修饰的非涂覆式金属基体整体式催化剂载体详见CN201710423251.4，包括金属基体，所述的金属基体表面包括多孔氧化铝层，所述的多孔氧化铝层为γ-氧化铝，比表面积为100m2/g以上；所述的多孔氧化铝层系金属基体表面自生长的阳极氧化铝膜改性修饰得到。本专利技术基于CN201710423251.4，将其公开的非涂覆式金属基体整体式催化剂载体/催化剂应用于DCM、o-DCB等CVOCs的催化燃烧反应，所述的催化剂载体具有高比表面积、多级孔道结构、活性氧化铝层、较高的表面酸性、亲水性；所述的催化剂具有良好的低温活性、较强的抗卤素中毒的能力、较好的选择性及耐久性。即使催化剂载体上的活性贵金属负载量为0，该方法中的催化剂也体现了良好的催化效果，贵金属的负载使得其低温活性更加优异。本专利技术方法采用的催化剂中，所述的贵金属为金、银和铂族金属(钌、铑、钯、锇、铱、铂)等贵金属元素中的一种或几种，优选自Pt、Pd、Rh、Au等，更优选自Pt和/或Pd。优选地，所述的载体上多孔氧化铝层中贵金属负载量为0.1～10％。优选地，非涂覆式金属基体整体式催化剂载体表面的多孔氧化铝层的厚度为30～150μm；所述的多孔氧化铝层的比表面积为150～300m2/g。参照CN201710423251.4，本专利技术所述的催化剂制备过程如下：S1，按照CN201710423251.4中所公开的方法制备一种具有高比表面积、多级孔道结构和活性氧化铝层的非涂覆式金属基体整体式催化剂载体。该载体是通过扩孔-水热-焙烧的协同处理，对传统阳极氧化铝材料进行改性修饰而得到的。主要步骤包括阳极氧化法制备母材、扩孔处理、水热处理和焙烧处理。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含氯挥发性有机化合物催化燃烧的方法，其特征在于，含氯挥发性有机化合物在含氧气氛中催化燃烧，所采用的催化剂为非涂覆式金属基体整体式催化剂，包括基于阳极氧化铝改性修饰的非涂覆式金属基体整体式催化剂载体，所述催化剂载体的多孔氧化铝层上负载0～10wt％的贵金属元素。

【技术特征摘要】
1.一种含氯挥发性有机化合物催化燃烧的方法，其特征在于，含氯挥发性有机化合物在含氧气氛中催化燃烧，所采用的催化剂为非涂覆式金属基体整体式催化剂，包括基于阳极氧化铝改性修饰的非涂覆式金属基体整体式催化剂载体，所述催化剂载体的多孔氧化铝层上负载0～10wt％的贵金属元素。2.根据权利要求1所述的含氯挥发性有机化合物催化燃烧的方法，其特征在于，所述的基于阳极氧化铝改性修饰的非涂覆式金属基体整体式催化剂载体为CN201710423251.4公开的催化剂载体，包括金属基体，所述的金属基体表面包括多孔氧化铝层，所述的多孔氧化铝层为γ-氧化铝，比表面积为100m2/g以上；所述的多孔氧化铝层系金属基体表面自生长的阳极氧化铝膜改性修饰得到。3.根据权利要求1所述的含氯挥发性有机化合物催化燃烧的方法，其特征在于，所述的贵金属元素为金、银、钌、铑、钯、锇、铱或铂中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的含氯挥发性有机化合物催化燃烧的方法，其特征在于，所述的贵金属元素为Pt和/或Pd，所述的催化剂载体上多孔氧化铝层中贵金属负载量为0.1～10wt％。...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭燏，赵阳，林益，孙路，刘怡，张传奇，王峰，任合成，周超，孟浩，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32