一种核壳催化剂及其制备方法、处理工业尾气的方法技术

本发明专利技术涉及工业废气净化技术领域，尤其涉及一种核壳催化剂及其制备方法和应用。本发明专利技术的核壳催化剂，以金属氧化物

【技术实现步骤摘要】
一种核壳催化剂及其制备方法、处理工业尾气的方法


[0001]本专利技术涉及工业废气净化
，尤其涉及一种核壳催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氰化氢(HCN)和砷化氢(AsH3)皆属于剧毒类气体，是工业废气中最典型的非常规有毒有害污染物之一，对人体健康和环境保护有极大的危害。多年来黄磷尾气中由于含有各种杂质气体净化难度大，使得黄磷尾气中较高浓度的CO没有得到有效利用，因此要想充分利用其中的CO，就必须对黄磷尾气中的杂质气体如COS、CS2、H2S、PH3、HCN和AsH3等进行纯化处理。目前关于COS、CS2、H2S、PH3等的净化研究已经取得了较大的进展，而针对较为特殊的剧毒有害杂质气体HCN和AsH3的净化研究则少之又少。
[0003]目前国内外脱除HCN的方法主要有吸收法、吸附法、燃烧法、催化氧化法、催化水解法等。吸收法是目前工业中应用最广泛、工艺最成熟的一种方法，主要是通过将废气通入碱液进行吸收生成CN-后，解吸回收氰化物，但这一处理方法效果不稳定，且CN-转移到液相增大了环境风险。吸附法主要是通过吸附剂吸附HCN气体来减少HCN气体的排放，但由于吸附剂无法分解HCN，容易造成二次污染。燃烧法多采用贵金属为催化剂的活性组分，增加了催化剂的制备成本，且燃烧后产物的选择性较差，产生的氮氧化物是光化学烟雾的主要成分，容易对大气环境造成严重污染。催化氧化法主要是通过催化剂使HCN与氧气发生催化氧化反应生成NO
x
和CO
x
，产物中氮气含量较少，仍会对环境造成一定的污染。催化水解法则是指在水蒸气存在时，HCN于一定温度范围内在催化剂的作用下发生水解反应生成NH3和CO。目前脱除AsH3主要采用的是化学吸收法、直接燃烧法和催化氧化法。国外最早采用的是化学吸收法，主要是通过利用氧化性较强的氧化物与砷化氢发生氧化还原反应将其去除，但是由于设备的严重腐蚀和吸收液的二次污染问题使其应用受到了限制。直接燃烧法在低浓度下所需助燃剂甲烷、丙烷的量较大，且燃烧能量又难于回收。催化氧化法是指在O2存在的条件下催化剂将AsH3氧化为As2O3，其产物可用于提炼元素砷，是冶炼砷合金和制造半导体的原料。
[0004]目前没有一种技术能够同时将HCN和AsH3有效脱除，且成本较低、效果稳定、不会造成二次污染。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种核壳催化剂及其制备方法和应用，本专利技术的核壳催化剂能够同时对HCN和AsH3进行有效脱除，效果稳定，成本低廉，不会造成二次污染。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种同时催化水解-氧化耦合脱除HCN和AsH3的核壳催化剂，以金属氧化物-分子筛为核，以多孔二氧化硅为壳；所述金属氧化物-分子筛包括分子筛和负载在所述分子筛上的金属氧化物；所述金属氧化物包括第一金属的氧化物和第二金属的氧化
物；所述第一金属为Fe、Cu、Ti、Ni或Mn；所述第二金属为Ce或La。
[0008]优选的，所述金属氧化物中第一金属和第二金属的总质量为分子筛质量的0.5～40％。
[0009]优选的，所述第一金属和第二金属的摩尔比为(0.1～10):1。
[0010]本专利技术提供了上述方案所述核壳催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)将分子筛浸入第一金属盐和第二金属盐的混合盐溶液中，进行浸渍旋转蒸发，待溶剂蒸干后，得到负载金属离子的分子筛；所述第一金属为Fe、Cu、Ti、Ni或Mn；所述第二金属为Ce或La；
[0012](2)将所述负载金属离子的分子筛进行第一焙烧，得到金属氧化物-分子筛；
[0013](3)将所述金属氧化物-分子筛、水和乙醇混合，调节所得混合液的pH值至11，向得到的pH值＝11的溶液中加入正硅酸乙酯，进行水热反应，得到同时催化水解-氧化耦合脱除HCN和AsH3的核壳催化剂。
[0014]优选的，所述步骤(3)替换为步骤(3
’
)：将所述金属氧化物-分子筛、表面活性剂、水和乙醇混合，调节所得混合液的pH值至11，向得到的pH值＝11的表面活性溶液中加入正硅酸乙酯，进行水热反应，将所述水热反应的固体产物进行第二焙烧，得到同时催化水解-氧化耦合脱除HCN和AsH3的核壳催化剂。
[0015]优选的，步骤(2)中所述第一焙烧的温度为200～900℃，时间为1～12h。
[0016]优选的，步骤(3
’
)中所述第二焙烧的温度为200～900℃，时间为1～12h。
[0017]优选的，步骤(3)或步骤(3
’
)中，所述水热反应的温度为100～180℃，时间为10～72h。
[0018]优选的，步骤(3)或步骤(3
’
)中，所述乙醇和水的体积比为4:1；所述水和正硅酸乙酯的体积比为(1～6):1；所述金属氧化物-分子筛与正硅酸乙酯的固液比为(1～6)g:(10～20)mL。
[0019]本专利技术提供了一种处理同时含HCN和AsH3的工业尾气的方法，包括以下步骤：将催化剂置于固定床反应器中，向所述固定床反应器中通入待处理工业尾气，进行催化水解-氧化耦合反应；所述催化剂为上述方案所述的核壳催化剂或上述方案所述制备方法制备得到的核壳催化剂。
[0020]本专利技术提供了一种同时催化水解-氧化耦合脱除HCN和AsH3的核壳催化剂，以金属氧化物-分子筛为核，以多孔二氧化硅为壳；所述金属氧化物-分子筛包括分子筛和负载在所述分子筛上的金属氧化物；所述金属氧化物包括第一金属的氧化物和第二金属的氧化物；所述第一金属为Fe、Cu、Ti、Ni或Mn；所述第二金属为Ce或La。
[0021]本专利技术以分子筛为载体，在分子筛上面负载金属氧化物，大大提高了金属氧化物的分散度，进而有利于金属氧化物活性作用的发挥；金属氧化物包括第一金属的氧化物和第二金属的氧化物；所述第一金属为Fe、Cu、Ti、Ni或Mn；所述第二金属为Ce或La，第一金属的氧化物为水解活性组分，负责催化水解HCN，水解过程为HCN+H2O
→
NH3+CO；第二金属的氧化物为氧化活性组分，负责催化氧化AsH3以及HCN的水解产物NH3，氧化过程为NH3+O2→
N2，AsH3+O2→
As
x
O
y
+H2O，达到同时脱氰脱砷的效果；由于本专利技术的反应产物主要为氮气、As
x
O
y
和H2O，因此不会造成二次污染；本专利技术在金属氧化物-分子筛内核外面包覆一层多孔SiO2，由于SiO2无毒、具有化学惰性，因此使催化剂具备抗中毒性能，能在长时间对HCN和AsH3进行
有效脱除，效果稳定。
[0022]此外，本专利技术催化剂的载体选用应用比较普遍且价格相对便宜的分子筛，催化剂活性组分选用比较常见的过渡金属及稀土金属，外壳选用资源丰富、价格便宜的SiO2，大大降低了催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同时催化水解-氧化耦合脱除HCN和AsH3的核壳催化剂，以金属氧化物-分子筛为核，以多孔二氧化硅为壳；所述金属氧化物-分子筛包括分子筛和负载在所述分子筛上的金属氧化物；所述金属氧化物包括第一金属的氧化物和第二金属的氧化物；所述第一金属为Fe、Cu、Ti、Ni或Mn；所述第二金属为Ce或La。2.根据权利要求1所述核壳催化剂，其特征在于，所述金属氧化物中第一金属和第二金属的总质量为分子筛质量的0.5～40％。3.根据权利要求1或2所述的核壳催化剂，其特征在于，所述第一金属和第二金属的摩尔比为(0.1～10):1。4.权利要求1～3任一项所述核壳催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将分子筛浸入第一金属盐和第二金属盐的混合盐溶液中，进行浸渍旋转蒸发，待溶剂蒸干后，得到负载金属离子的分子筛；所述第一金属为Fe、Cu、Ti、Ni或Mn；所述第二金属为Ce或La；(2)将所述负载金属离子的分子筛进行第一焙烧，得到金属氧化物-分子筛；(3)将所述金属氧化物-分子筛、水和乙醇混合，调节所得混合液的pH值至11，向得到的pH值＝11的溶液中加入正硅酸乙酯，进行水热反应，得到同时催化水解-氧化耦合脱除HCN和AsH3的核壳催化剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)替换为步骤(3
’
)：将所述金属氧化物-分子筛、表面活性剂、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，张雅茜，宁平，王驰，王飞，孙鑫，马懿星，宋辛，李倩，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：