一种用于VOCs中硅氧烷低温脱除的催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于VOCs中硅氧烷低温脱除的催化剂，催化剂组分按重量份数包括活性氧化铝40

【技术实现步骤摘要】
一种用于VOCs中硅氧烷低温脱除的催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于硅氧烷脱除催化剂
，具体涉及一种VOCs中硅氧烷低温脱除的催化剂制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，挥发性有机化合物(VOCs)愈发受到关注，其对人体健康及环境有巨大危害，常见于现代工业产生的有机废气中。国内外针对VOCs的脱除发展了很多技术，如吸附、吸收、催化氧化、直接燃烧等，转轮浓缩+直接燃烧更是一种工业中应用广泛的处理方式。近年来发现锂电池生产、半导体加工、硅橡胶加工等领域产生的VOCs中含有硅氧烷这类有机硅气体，在使用蓄热式焚烧炉(RTO)处理这类气体时，硅氧烷在高温下被氧化为玻璃态状的SiO2，造成设备表面结块和蓄热体孔道堵塞，从而引起床层压降升高，严重者造成装置不能运转而停工。调研发现，某锂电池生产厂商原先采用转轮浓缩有机气体，之后送入RTO燃烧处理，随之出现RTO蓄热体堵塞的情况，因无法解决硅堵塞问题，后选择直燃式焚烧炉(TO)代替，因TO相较RTO来说炉温较低、燃料消耗较多，也带来了VOCs脱除不彻底，燃油成本上升等问题。也有研究报道，在一些催化燃烧脱除VOCs的技术中，VOCs中含有的硅氧烷会造成金属氧化物催化剂、贵金属催化剂的孔道结构中的SiO2沉积，使催化剂中毒失活，欲维持对VOCs的催化燃烧效果需定期更换催化剂。由此可见，提前脱除VOCs中的硅氧烷可以解决锂电行业应用转轮+RTO技术产生的硅堵塞问题以及因硅氧烷导致的催化燃烧技术中催化剂的中毒失活问题，从而提升工业生产中VOCs的脱除率以及经济性。
[0003]目前，VOCs中硅氧烷的脱除方法主要有吸附、吸收、深度冷凝以及催化氧化等。其中，前三种方法不可避免地会一同脱除硅氧烷以外的其他有机化合物，造成固废、液体产物分离及处理处置等方面的问题。因此，针对VOCs中的硅氧烷脱除问题，应考虑研制针对硅氧烷的定向选择氧化的催化剂，而且，由于锂电行业产生的VOCs中其他有机化合物如碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等燃点较低，为了尽量减少这些有机物的氧化，催化剂的运行温度应尽量保持低温。
[0004]US20190201842A1公开了一种从垃圾填埋气中去除硅氧烷的工艺，先利用铝基吸附剂吸附填埋气中大部分的硅氧烷，随后使用金属氧化物催化剂脱除残余的硅氧烷，吸附与催化氧化的温度均在300
‑
450℃之间。该工艺采用吸附+催化氧化方式，实施过程中吸附剂需定期更换，且占地面积与成本均有增加，而且填埋气主要成分为CH4、CO2等组分，在300
‑
450℃之间除硅氧烷外其他组分没有氧化燃烧风险(CH4燃点为538℃)。而锂电行业产生的VOCs中的主要成分如碳酸二甲酯(燃点为458℃)等在此温度区间有氧化燃烧的可能性。
[0005]W.Urban等人在Journal of Power Sources(vol.193,359
‑
336(2019))杂志上公开了一种从垃圾填埋气中去除硅氧烷的方法，其同样先采用氧化铝基吸附剂吸附大部分的硅氧烷，随后通过V2O5/TiO2催化剂催化氧化残余硅氧烷，吸附和催化阶段的温度均为300℃。但是该方法采用的催化剂不仅能催化氧化硅氧烷，同时还能催化氧化VOCs中的其他组分，此外，硅氧烷氧化能够快速使V2O5/TiO2催化剂中毒失活，这也是必须先经过吸附剂脱除
大部分硅氧烷的原因所在。
[0006]综上所述，现有催化技术难以达到VOCs中硅氧烷的一步定向脱除，现有催化剂适用的温度偏高，有致其他组分氧化燃烧的风险，而且针对硅氧烷的抗中毒能力不强。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于制备一种低温脱除VOCs中硅氧烷的催化剂，该催化剂对硅氧烷具有良好的抗中毒能力，在确保其他组分不发生氧化反应的同时实现硅氧烷的选择性一步脱除，解决硅氧烷对VOCs脱除后续设备的堵塞与腐蚀问题。本专利技术前期研究发现，在低温段(200
‑
250℃)，硅氧烷催化氧化的产物为微晶SiO2，其尺寸与粘附力远远低于高温下产生的玻璃状态SiO2，因此低温下适用的催化剂对硅氧烷的抗中毒能力得到增强。本专利技术选用氧化铝基催化剂，加入钨氧化物、钴氧化物、镍化合物、铁化合物等，最终形成对硅氧烷具备选择性脱除能力的复合低温催化剂。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于VOCs中硅氧烷低温脱除的催化剂，催化剂组分按重量份数包括活性氧化铝40
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60份、钨氧化物10
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20份、钴氧化物5
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10份、镍化合物4
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8份、铁化合物7
‑
15份、碳粉5
‑
10份、甘油8份、铝溶胶或硅溶胶10份。具体制备方法包括以下步骤：
[0009](1)取活性氧化铝粉体，加入钨氧化物、钴氧化物并混合均匀，在混合粉体中依次加入水、甘油、铝溶胶或者硅溶胶、碳粉，在常温下边加料边搅拌，随后在挤出机中将得到的混合物挤出，挤出的材料注入模具中加压成型；
[0010](2)取成型的泥胚分两步进行煅烧，首先在300℃左右煅烧2
‑
3小时，随后升温至500℃左右，继续煅烧4
‑
5小时，最后取出煅烧过的泥胚冷却12小时，得到催化剂前驱体；
[0011](3)取镍化合物、铁化合物溶于水得到浸渍液，将前驱体没入浸渍液，静置6小时，后取出前驱体，在105℃恒温箱中保温2小时，最后得到低温脱除硅氧烷的成型催化剂。
[0012]优选的，催化剂组分优选的成分配比包括活性氧化铝50份、三氧化钨15份、氧化钴4份、四氧化三钴3份、二氯化镍6份、氯化铁10份、碳粉8份、甘油8份、硅溶胶10份。
[0013]优选的，所述钨氧化物为WO3、WO2、W
20
O
58
中的至少一种；所述钴氧化物为CoO、Co3O4中的至少一种；所述镍化合物为NiCl2、NiBr2、NiF2、NiSO4中的至少一种；所述铁化合物为FeCl3、FeCl2、FeBr3、FeBr2、FeSO4、Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3、Fe(NO3)2中的至少一种。
[0014]优选的，步骤(1)中挤出机温度设定为150
‑
180℃，模具成型形状为球状、柱状、球状中孔贯通、柱状中孔贯通等形状。
[0015]本专利技术所述的催化剂用于催化氧化VOCs中硅氧烷，一般以填充床的方式应用于RTO之前的VOCs烟气中，所述催化剂运行温度为200
‑
250℃。
[0016]本专利技术的有益效果有：
[0017](1)本专利技术催化剂对VOCs中的硅氧烷有良好的催化氧化能力，而VOCs中的主要有机化合物不参与催化反应，实现了VOCs中硅氧烷的选择性脱除。
[0018](2)本专利技术形成的复合低温催化剂，通过向氧化铝基体中添加含钨、钴、镍等元素的物质，使催化剂在较低的温度区间对硅氧烷也具有较强的脱除能力，在低温段本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种VOCs中硅氧烷低温脱除的催化剂，其特征在于：催化剂组分按重量份数包括活性氧化铝40
‑
60份、钨氧化物10
‑
20份、钴氧化物5
‑
10份、镍化合物4
‑
8份、铁化合物7
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15份、碳粉5
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10份、甘油8份、铝溶胶或硅溶胶10份。2.根据权利要求1所述的VOCs中硅氧烷低温脱除的催化剂，其特征在于：所述钨氧化物为WO3、WO2、W
20
O
58
中的至少一种；所述钴氧化物为CoO、Co3O4中的至少一种；所述镍化合物为NiCl2、NiBr2、NiF2、NiSO4中的至少一种；所述铁化合物为FeCl3、FeCl2、FeBr3、FeBr2、FeSO4、Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3、Fe(NO3)2中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种VOCs中硅氧烷低温脱除的催化剂，其特征在于：催化剂组分成分配比包括活性氧化铝50份、三氧化钨15...

【专利技术属性】
技术研发人员：代超，叶翔，廖蔚峰，齐洪广，邓良德，戴荣富，夏云龙，彭军，赵凯，周丽岗，
申请(专利权)人：深圳市捷晶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：