一种共载体催化臭氧氧化催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于废气处理的技术领域，公开了一种共载体催化臭氧氧化催化剂及其制备方法与应用。所述方法：1)采用改性剂在磁场中对γ‑Al

【技术实现步骤摘要】
一种共载体催化臭氧氧化催化剂及其制备方法与应用
本专利技术属于废气处理的
，具体涉及一种共载体催化臭氧氧化催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
挥发性有机物(VOCs)是包括苯系物、烃类、醛类、酮类等物质等在内的一大类有机化合物，具有较高的毒性。并且，VOCs排放进入大气，与氮氧化物等在光化学作用下，极易生成臭氧污染物。因此，对于VOCs的污染控制，是遏制臭氧污染的关键步骤之一。VOCs的处理技术主要分为分离和回收技术和氧化销毁技术，氧化销毁主要包括催化燃烧、蓄热热力燃烧、光催化氧化、臭氧催化氧化等技术，其中臭氧催化氧化技术由于其反应条件较温和、能耗低、氧化性强、安全隐患较小等优点，因而具有较好的前景。臭氧催化氧化降解VOCs的关键在于催化剂，实验表明，没有催化剂存在的情况下，臭氧几乎不与VOCs反应，因此催化剂的开发是重点。目前已有很多研究表明，过渡金属及其氧化物对于臭氧氧化的催化活性较强，其中锰系催化剂的表现比较突出，并且经济性高，应用前景较广。催化剂的制备，除了活性组分以外，还有载体。载体主要起支持、负载的作用，使得活性组分能够较为均匀地分散在其中，其中多孔材料(如沸石、分子筛等)由于其比表面积大、孔隙率高等优点，能够对同等量的催化剂起到很好的分散和负载的效果，因而被广泛用于催化剂载体。公开号为CN110152639A中国专利技术专利申请公开了一种催化臭氧氧化催化剂，是以有机酸改性的市售氧化铝为载体，负载铜、镍、铁、钴、锰等多种过渡族金属，对于水体中的COD具有一定的去除率；但是，该催化剂在制备过程中需要多次的惰性气体气氛，且浸渍时间较长、焙烧温度较高，不利于实际应用。公开号为CN105170152A中国专利技术专利公开了一种铁离子交换钛离子柱撑蒙脱石催化臭氧氧化甲苯的催化剂，虽然对甲苯的去除率达到了90％，但是，甲苯浓度较高，且处理温度较高，很难展现臭氧的强氧化性的优势。公开号为CN110961153A中国专利技术专利申请公开了一种以石墨烯为载体，同时负载钛、镍、锰、锆、铈等多种金属氧化物，催化臭氧氧化甲苯，虽然催化剂具有较长的寿命，但是制备过程非常繁杂，并且由于石墨易被臭氧氧化，所以在反应过程中部分石墨烯有损耗，在实际应用中存在一定的局限性。对于催化臭氧氧化挥发性有机物，挥发性有机物很难处理达标，特别是低浓度甲苯更加难以处理使其达标排放。在采用催化剂催化氧化甲苯时，催化剂一般很难达到稳定且高效；并且即使催化剂具有较高的污染物去除率，但是其矿化率较低，产生了较多的其他副产物等二次污染。特别是动态低温下，催化臭氧氧化挥发性有机物，催化剂的性能并不是很好。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种共载体催化臭氧氧化催化剂及其制备方法。本专利技术的催化剂活性高、稳定性强、选择性强，能够较好的催化臭氧氧化低浓度挥发性有机物(VOCs)。本专利技术的催化剂具有寿命长、性能好、成本低、便于工业化等特点。在动态低温条件下表现出良好的催化剂性能，可高效去除低浓度甲苯，实现最终的达标处理。本专利技术的另一目的在于提供上述共载体催化臭氧氧化催化剂的应用。所述共载体催化臭氧氧化催化剂在催化臭氧氧化挥发性有机物(VOCs)中应用，特别是废气中的挥发性有机物，尤其是低浓度甲苯。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种共载体催化臭氧氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)采用改性剂在磁场中对γ-Al2O3进行改性处理，然后于100℃～200℃热处理，急冷处理，再在100℃～200℃继续热处理，得到改性γ-Al2O3初载体；所述改性剂为柠檬酸水溶液或聚乙二醇水溶液中一种以上；2)或者将改性γ-Al2O3初载体在含锰盐的浸渍液中浸渍，然后在100℃～200℃热处理，急冷处理，再在100℃～200℃继续热处理，得到负载活性组分的共载体；3)采用程序升温法对改性γ-Al2O3初载体或负载活性组分的共载体进行焙烧，急冷处理，获得催化臭氧氧化催化剂；所述程序升温是指先升温至150℃～300℃持续1h～2h，再升温至350℃～450℃持续2h～5h。步骤1)中所述改性处理的条件为温度为50℃～100℃，磁场强度为0.1T～1.0T，改性处理的时间为3～8h。步骤1)中所述热处理的时间为5～10h；所述热处理的氛围为保护性气体的氛围，或真空状态下；所述热处理优选为无氧的条件下进行热处理。步骤1)中所述继续热处理的时间为5～10h；所述继续热处理的氛围为保护性气体的氛围，或真空状态下；所述继续热处理优选为无氧的条件下进行热处理。所述热处理和继续热处理的升温速率各自为2～10℃/min。步骤1)中所述急冷处理是指将热处理的产物置于20℃～40℃的冷空气中冷却；所述冷却的时间为10～30min。所述柠檬酸溶液的浓度为5wt％～20wt％。所述聚乙二醇溶液的浓度为5wt％～20wt％。所述改性剂与γ-Al2O3进行处理时，改性剂与γ-Al2O3的体积质量比(10～30)mL∶1g。步骤2)中改性γ-Al2O3初载体中γ-Al2O3和锰盐中Mn的质量比为(0.5～2)∶1。步骤2)中所述锰盐为水溶性含锰化合物；所述水溶性含锰化合物为乙酸锰、硝酸锰、氯化锰，优选为乙酸锰(即四水乙酸锰)。所述浸渍液是由锰盐与水配制而成。所述浸渍液的浓度为(0.5～1.5)g/mL。步骤2)中所述热处理的时间为5～10h；所述热处理的氛围为保护性气体的氛围，或真空状态下；所述热处理优选为无氧的条件下进行热处理。步骤2)中所述继续热处理的时间为5～10h；所述继续热处理的氛围为保护性气体的氛围，或真空状态下；所述继续热处理优选为无氧的条件下进行热处理。所述热处理和继续热处理的升温速率各自为2～10℃/min。步骤2)中所述急冷处理是指将热处理的产物置于20℃～40℃的冷空气中冷却；所述冷却的时间为10～30min。所述浸渍是指将改性γ-Al2O3初载体在浸渍液中搅拌浸渍至胶状。步骤3)中所述升温、再升温的升温速率为3℃/min～10℃/min；步骤3)中所述焙烧的氛围为保护性气体的氛围，或真空状态下；所述焙烧优选为无氧的条件下进行热处理。步骤3)中所述急冷处理是指将焙烧后的产物置于20℃～40℃的冷空气中冷却；所述冷却的时间为10～30min。本专利技术的催化臭氧氧化催化剂在催化臭氧氧化挥发性有机物(VOCs)中应用，特别是在催化臭氧氧化甲苯中的应用。所述催化臭氧氧化催化剂在动态低温条件下处理低浓度甲苯具有良好的催化效果。所述应用具体包括以下步骤：将含有挥发性有机物的废气和臭氧通入装有上述催化剂的反应装置中反应，挥发性有机物在反应体系中被臭氧氧化。所述反应是在温度动态变化的条件下进行；温度动态变化是指以一定的升温速率由30℃升至130℃，然后以一定的降温速率由130℃降至30℃，并且在升温或降温的过程中每升温10℃或每降温10℃，所到温度维持2～4h。所述升温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共载体催化臭氧氧化催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/n1)采用改性剂在磁场中对γ-Al

【技术特征摘要】
1.一种共载体催化臭氧氧化催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)采用改性剂在磁场中对γ-Al2O3进行改性处理，然后于100℃～200℃热处理，急冷处理，再在100℃～200℃继续热处理，得到改性γ-Al2O3初载体；所述改性剂为柠檬酸水溶液或聚乙二醇水溶液中一种以上；所述热处理的时间为5～10h；所述继续热处理的时间为5～10h；
2)或者将改性γ-Al2O3初载体在含锰盐的浸渍液中浸渍，然后在100℃～200℃热处理，急冷处理，再在100℃～200℃继续热处理，得到负载活性组分的共载体；
所述热处理的时间为5～10h；所述继续热处理的时间为5～10h；
3)采用程序升温法对改性γ-Al2O3初载体或负载活性组分的共载体进行焙烧，急冷处理，获得催化臭氧氧化催化剂；所述程序升温是指先升温至150℃～300℃持续1h～2h，再升温至350℃～450℃持续2h～5h；
步骤1)中所述改性处理的条件为温度为50℃～100℃，磁场强度为0.1T～1.0T，改性处理的时间为3～8h。


2.根据权利要求1所述共载体催化臭氧氧化催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述急冷处理是指将热处理的产物置于20℃～40℃的冷空气中冷却；所述冷却的时间为10～30min；
所述柠檬酸溶液的浓度为5wt％～20wt％；
所述聚乙二醇溶液的浓度为5wt％～20wt％；
所述改性剂与γ-Al2O3进行处理时，改性剂与γ-Al2O3的体积质量比(10～30)mL：1g；
步骤2)中改性γ-Al2O3初载体中γ-Al2o3和锰盐中Mn的质量比为(0.5～2)：1。


3.根据权利要求1所述共载体催化臭氧氧化催化剂的制备方法，其特征在于：
步骤2)中所述锰盐为水溶性含锰化合物；所述水溶性含锰化合物为乙酸锰、硝酸锰、氯化锰；
步骤1)中所述热处理为无氧的条件下进行热处理；
步骤1)中所述继续热处理为无氧的条件下进行热处理；
步骤2)中所述继续热处理为无氧的条件下进行热处理；
步骤2)中所述热处理为无氧的条件下进行热处理；
步骤3)中所述焙烧为无氧的条件下进行热处理。


4.根据权利要求3所述共载体催化臭氧氧化催化剂的制备方法，其特征在于：所述水溶性含锰化合物为...

【专利技术属性】
技术研发人员：付名利，甘琪，张宇辰，丘楚莹，刘磊，吴军良，叶代启，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44