一种乙烷催化燃烧整体催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于化学催化剂技术领域，具体涉及一种乙烷催化燃烧整体催化剂及其制备方法。具体为载体过渡涂层制备、活性涂层浆料配制及载体活性涂层制备、活性组分负载。本发明专利技术催化剂可用于乙烷、苯等低碳链烷烃及芳香烃的催化燃烧，具有高的活性及稳定性，应用前景良好。

A monolithic catalyst for catalytic combustion of ethane and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种乙烷催化燃烧整体催化剂及其制备方法
本专利技术属于化学催化剂
，具体涉及一种乙烷催化燃烧整体催化剂及其制备方法。
技术介绍
挥发性有机化合物简称VOCs，是指在常温下饱和蒸汽压大于70KPa，常压下沸点在260℃以下的有机化合物。VOCs的种类很多，包括脂肪烃、芳香烃、卤代烃、醇、醛、酮、醚、酯等。低碳链烷烃类作为VOCs的一种，常见于石油化工、制药、印刷、喷漆等工业生产排放的废气中，其大多数毒性大，具有强烈的刺激性和致癌性，其大量排放给环境和人类健康带来严重的危害，因此VOCs的控制与治理已经刻不容缓。常见的VOCs污染控制技术包括吸附法、吸收法、冷凝法、膜分离法、催化燃烧法、光催化法、生物法、电晕法等。催化燃烧法是借助于催化剂使得废气中可燃物质在较低温度下发生氧化反应，生成二氧化碳和水蒸气而脱除，具有净化效率高、无二次污染、能耗低的特点，是商业上处理这类污染物应用最有效的方法之一。催化燃烧技术的核心是性能优良的催化剂，整体式催化剂以其床层压降小，有机废气净化处理量大，还能避免热点导致催化剂失活等特点广泛用于此类废气的催化燃烧处理。整体式催化剂是由载体、涂层和活性组分组成，通常使用堇青石蜂窝陶瓷为载体，载体涂层为活性组分提供大的比表面，因此，整体式催化剂制备的关键是涂层与基体间的界面结合强度，催化剂的稳定性在很大程度上由载体涂层的稳定性所决定。专利CN102626640公开了一种用于甲烷低温氧化反应的整体式催化剂及其制备方法，该催化剂由堇青石蜂窝陶瓷载体及涂覆在载体上的涂层组成，所述涂层为Pd和钴铬复合氧化物组成。CN1488435公开了一种用于有机废气净化处理的催化燃烧催化剂，由块状的蜂窝陶瓷载体骨架与涂覆其上的涂层及活性组分组成，催化剂的涂层由Al2O3、SiO2和一种或几种碱土金属氧化物共同形成的复合氧化物组成。上述催化剂存在着涂层与载体的结合力较弱，涂层负载量较低的问题，因而影响催化剂的反应活性和使用寿命。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种乙烷催化燃烧整体催化剂及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种乙烷催化燃烧整体催化剂，由堇青石蜂窝陶瓷载体、过渡涂层、活性涂层及活性组分组成，所述过渡涂层为SiO2，过渡涂层占蜂窝陶瓷载体的质量百分比为5～10％；所述活性涂层为γ-Al2O3，活性涂层占蜂窝陶瓷载体的质量百分比为40～50％；所述活性组分为Pd和助剂氧化钐，Pd占催化剂的质量百分比为0.1～0.5％，氧化钐占催化剂的质量百分比为0.5～2％。进一步的说，将含海藻酸钠的碱性硅溶胶涂覆于堇青石蜂窝陶瓷载体上，经干燥和焙烧后得到含SiO2过渡涂层的载体；将活性涂层浆料涂覆已含过渡涂层的载体上，经干燥和焙烧后，再次挂浆、干燥和焙烧，即制得含γ-Al2O3活性涂层的载体；而后采用浸渍法将活性组分负载于上述已涂覆活性涂层的载体上，经干燥和焙烧及还原，即制得该催化剂。所述含海藻酸钠的碱性硅溶胶中海藻酸钠占碱性硅溶胶的质量百分比为0.5～2％，其中碱性硅溶胶PH值为8.5～10；所述活性涂层浆料中γ-Al2O3粉和拟薄水铝石粉共占浆料的质量百分比为35～50％，且γ-Al2O3和拟薄水铝石的质量比为5:1～10:1；所述复合粘结剂为铝溶胶和海藻酸钠，复合粘结剂占浆料的质量百分比为4～6wt％，铝溶胶和海藻酸钠的质量比为8:1～15:1；所述活性组分Pd占催化剂的质量百分比为0.1～0.5％，氧化钐占催化剂的质量百分比为0.5～2％；所述活性组分Pd的前驱体盐为氯钯酸溶液，其中氯钯酸溶液质量浓度为0.1～0.2g/ml；助剂氧化钐的前躯体盐为硝酸钐。乙烷催化燃烧整体催化剂的制备方法，将含海藻酸钠的碱性硅溶胶涂覆于堇青石蜂窝陶瓷载体上，经干燥和焙烧后得到含SiO2过渡涂层的载体；将活性涂层浆料涂覆已含过渡涂层的载体上，经干燥和焙烧后，再次挂浆、干燥和焙烧，即制得含γ-Al2O3活性涂层的载体；而后采用浸渍法将活性组分负载于上述已涂覆活性涂层的载体上，经干燥和焙烧及还原，即制得该催化剂。进一步的说，⑴制备过渡涂层：将海藻酸钠与碱性硅溶胶充分混合20～50分钟，然后浸入堇青石蜂窝陶瓷载体5～30分钟，取出经空气吹扫后，微波干燥5～20分钟，在300～600℃下焙烧3～5小时，即制得涂有SiO2过渡涂层的载体；⑵制备活性涂层浆料：将γ-Al2O3粉、拟薄水铝石粉、去离子水及粘结剂混合成糊状浆料，调节浆料的PH值至5～6，然后进行球磨2～6小时，取出静置20～40小时，而后调节浆料的粘度至0.3～0.6帕斯卡秒，制得活性涂层浆料备用；⑶制备活性涂层：将步骤⑴得到的载体浸入步骤⑵的活性涂层浆料中10～30分钟，取出经空气吹扫后，微波干燥5～20分钟，在300～600℃下焙烧3～5小时后，再次浸入活性涂层浆料中挂浆、干燥、焙烧，即制得涂有γ-Al2O3活性涂层的载体；⑷负载活性组分：将含活性组分Pd和助剂氧化钐的前躯体盐与水制成混合浸渍液，将步骤⑶载体浸入该混合浸渍液中5～30分钟，取出经空气吹扫后，在80～150℃下干燥2～5小时，在300～600℃下焙烧3～5小时，然后用1～5％水合肼溶液将其进行还原10～20小时，用去离子水洗涤至中性，在80～150℃下干燥2～5小时，即制得催化剂。所述含海藻酸钠的碱性硅溶胶中海藻酸钠占碱性硅溶胶的质量百分比为0.5～2％，其中碱性硅溶胶PH值为8.5～10；所述活性涂层浆料中γ-Al2O3粉和拟薄水铝石粉共占浆料的质量百分比为35～50％，且γ-Al2O3和拟薄水铝石的质量比为5:1～10:1；所述复合粘结剂为铝溶胶和海藻酸钠，复合粘结剂占浆料的质量百分比为4～6wt％，铝溶胶和海藻酸钠的质量比为8:1～15:1；所述活性组分Pd占催化剂的质量百分比为0.1～0.5％，氧化钐占催化剂的质量百分比为0.5～2％；所述活性组分Pd的前驱体盐为氯钯酸溶液，其中氯钯酸溶液质量浓度为0.1～0.2g/ml；助剂氧化钐的前躯体盐为硝酸钐。所述步骤⑵用质量分数为10～20％的硝酸溶液调节浆料的PH值至5～6；用质量分数为10～20％的氨水调节浆料的粘度至0.3～0.5帕斯卡秒。一种乙烷催化燃烧整体催化剂的应用，所述催化剂用于空气中乙烷废气的催化燃烧脱除。所述催化剂于空气中乙烷废气的催化燃烧脱除，其中，乙烷体积含量为0.8％，空速为10000h-1，反应压力为常压，反应温度为300～500℃，乙烷脱除率达到99.99％。本专利技术所述催化剂的优点为：⑴海藻酸钠作为一种分散剂和稳定剂，添加少量海藻酸钠的碱性硅溶胶可具有更好的分散性、渗透性和稳定性，将其涂覆蜂窝陶瓷载体并经焙烧后，可形成与载体结合紧密的SiO2过渡涂层，同时该过渡涂层具有较大的孔径和孔隙率，足以使活性涂层在过渡层中有很好的渗透和结合，使活性涂层牢固度明显增强，活性涂层脱落率仅为0.3～0.8％，大大提高了催化剂的抗冲击能力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种乙烷催化燃烧整体催化剂，由堇青石蜂窝陶瓷载体、过渡涂层、活性涂层及活性组分组成，其特征在于：所述过渡涂层为SiO

【技术特征摘要】
1.一种乙烷催化燃烧整体催化剂，由堇青石蜂窝陶瓷载体、过渡涂层、活性涂层及活性组分组成，其特征在于：所述过渡涂层为SiO2，过渡涂层占蜂窝陶瓷载体的质量百分比为5～10％；所述活性涂层为γ-Al2O3，活性涂层占蜂窝陶瓷载体的质量百分比为40～50％；所述活性组分为Pd和助剂氧化钐，Pd占催化剂的质量百分比为0.1～0.5％，氧化钐占催化剂的质量百分比为0.5～2％。


2.按权利要求1所述的乙烷催化燃烧整体催化剂，其特征在于：将含海藻酸钠的碱性硅溶胶涂覆于堇青石蜂窝陶瓷载体上，经干燥和焙烧后得到含SiO2过渡涂层的载体；将活性涂层浆料涂覆已含过渡涂层的载体上，经干燥和焙烧后，再次挂浆、干燥和焙烧，即制得含γ-Al2O3活性涂层的载体；而后采用浸渍法将活性组分负载于上述已涂覆活性涂层的载体上，经干燥和焙烧及还原，即制得该催化剂。


3.按权利要求1或2所述的乙烷催化燃烧整体催化剂，其特征在于：所述含海藻酸钠的碱性硅溶胶中海藻酸钠占碱性硅溶胶的质量百分比为0.5～2％，其中碱性硅溶胶PH值为8.5～10；
所述活性涂层浆料中γ-Al2O3粉和拟薄水铝石粉共占浆料的质量百分比为35～50％，且γ-Al2O3和拟薄水铝石的质量比为5:1～10:1；所述复合粘结剂为铝溶胶和海藻酸钠，复合粘结剂占浆料的质量百分比为4～6wt％，铝溶胶和海藻酸钠的质量比为8:1～15:1；
所述活性组分Pd占催化剂的质量百分比为0.1～0.5％，氧化钐占催化剂的质量百分比为0.5～2％；
所述活性组分Pd的前驱体盐为氯钯酸溶液，其中氯钯酸溶液质量浓度为0.1～0.2g/ml；助剂氧化钐的前躯体盐为硝酸钐。


4.按照权利要求1所述的乙烷催化燃烧整体催化剂的制备方法，其特征在于，将含海藻酸钠的碱性硅溶胶涂覆于堇青石蜂窝陶瓷载体上，经干燥和焙烧后得到含SiO2过渡涂层的载体；将活性涂层浆料涂覆已含过渡涂层的载体上，经干燥和焙烧后，再次挂浆、干燥和焙烧，即制得含γ-Al2O3活性涂层的载体；而后采用浸渍法将活性组分负载于上述已涂覆活性涂层的载体上，经干燥和焙烧及还原，即制得该催化剂。


5.按权利要求3所述的乙烷催化燃烧整体催化剂的制备方法，其特征在于，
⑴制备过渡涂层：将海藻酸钠与碱性硅溶胶充分混合20～50分钟，然后浸入堇青石蜂窝陶瓷载体5～30分钟，取出经空气吹扫后，微波干燥5～20分钟，在300～600℃下焙烧3～5小时，即制得涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐卫，侯蕾，杜霞茹，李楠，于志日，马楠，肖菲，吴熠，刘金刚，
申请(专利权)人：大连凯特利催化工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21