轻质烷烃低温催化燃烧消除用催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种轻质烷烃低温催化燃烧消除用催化剂及其制备方法和应用，该催化剂为2.25wt％M2/5M1O

【技术实现步骤摘要】
轻质烷烃低温催化燃烧消除用催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及催化剂设计制备
以及挥发性有机物治理
，具体涉及一种用于轻质烷烃低温催化燃烧的高热稳定性催化剂的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]世界卫生组织通常将挥发性有机化合物(VOCs)定义为大气压力下沸点低于260℃且高于50℃的化合物，作为主要大气污染物。这些化合物通常来源于室内和室外。室外排放物主要由煤化工、有机化工、石化、油漆、溶剂、染色等各行各业组成。大多数室内有机物来自室内装饰材料、粘合剂、化妆品、清洁剂、家用产品等的有机溶剂。挥发性有机化合物具有毒性、致癌、致突变和致畸作用，对人体健康危害极大。此外，挥发性有机化合物还极大地促进了臭氧、光化学烟雾和二次气溶胶的形成，对环境具有破坏性。因此，限制VOCs排放已成为保护人类健康和环境的重要任务。
[0003]VOCs的去除主要有回收和降解有两类技术，回收技术包括吸收法、冷凝法、吸附法以及膜分离法等，降解技术包括催化燃烧法、光催化法、生物降解法、热力焚烧法、等离子体破坏技术等。在众多的方法中，回收技术不适用于低浓度VOCs的净化，焚烧技术由于需要700℃
‑
800℃的高温条件，会产生二次污染，都不是理想的去除技术，而催化燃烧法则可以在500℃以下实现VOCs的完全转化，也不会产生二次污染，因此催化燃烧技术是目前处理VOCs最有效的方法之一。
[0004]用于VOCs催化燃烧的催化剂主要有两类，分为贵金属催化剂和过渡金属催化剂，贵金属催化剂活性好，已经被广泛的应用，比如汽车尾气处理中的三效催化剂，但贵金属催化剂的价格昂贵，并且容易烧结、中毒从而导致其活性丧失。过渡金属催化剂虽然活性没有贵金属好，但是其寿命长以及成本低等优点让他成为了很有潜力的催化剂。因此，目前存在的问题是需要对过渡金属催化剂进行改性，开发高活性、高稳定性、高选择性、低成本的催化剂。
[0005]专利申请CN202110317156.2公开了一种高热稳定性的丙烷低温催化燃烧的催化剂及其制备方法与应用，本专利技术提供的催化剂为负载量30％的Co3O4/SmMn2O5，该催化剂高温热稳定性温度为400℃
‑
1000℃，即催化剂在400℃
‑
1000℃下可以循环24h且催化剂不发生形变。该催化剂可以用于丙烷低温催化燃烧，而且丙烷达到90％转化率的温度仅为200℃
‑
230℃，具有较好的稳定性和较好的活性，但是该专利是将催化剂在400
‑
1000℃温度下进行稳定性测试，催化剂只经过一次焙烧，重点考察催化剂在高温条件下反应时的寿命。而催化剂在二次焙烧后物理与化学性质会发生很大变化，从而影响活性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高热稳定性的轻质烷烃低温催化燃烧消除用催化剂及其制备方法和应用。本专利技术催化剂在450℃焙烧以后再于750℃焙烧，仍能保持良好的活性，具有良好的抗高温能力。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种轻质烷烃低温催化燃烧消除用催化剂，以钴基催化剂为主体，通过掺杂和负载的方式对其改性，并用于轻质烷烃催化燃烧的高热稳定性催化剂。该催化剂在轻质烷烃的催化燃烧中不仅表现出高活性，还具有良好的活性热稳定性，催化剂的高热稳定性是在复杂的环境下去除VOCs的一个重要性能。
[0008]具体地，所述催化剂为2.25wt％M2/5M1O
x
‑
CoO
x
，其中M1为稀土金属，其含量是钴元素摩尔含量的5％，M2为贵金属，其单质含量是掺杂了稀土金属的钴基复合氧化物质量的2.25wt％。x为1
‑
4。
[0009]进一步地，所述的M1为La、Ce、Ga或Nd；所述的M2为Ru、Pd、Ag或Pt。
[0010]进一步地，所述的催化剂为2.25wt％Ru/5LaO
x
‑
CoO
x
或2.25wt％Pt/5LaO
x
‑
CoO
x
。2.25wt％Ru/5LaO
x
‑
CoO
x
或2.25wt％Pt/5LaO
x
‑
CoO
x
催化剂在750℃老化以后丙烷T
90
比450℃焙烧的催化剂提升10℃左右。
[0011]本专利技术还提供上述轻质烷烃低温催化燃烧消除用催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1、以Co和M1的可溶盐为前驱体，采用一锅溶剂热法制备稀土金属掺杂的钴基复合氧化物5M1O
x
‑
CoO
x
；
[0013]S2、以M2的可溶盐为前驱体，以步骤S1制得的复合氧化物为载体，采用等体积浸渍法制得催化剂2.25wt％M2/5M1O
x
‑
CoO
x
。
[0014]进一步地，所述的Co的可溶盐包括醋酸钴，和M1的可溶盐包括醋酸镧、醋酸铈、醋酸钆或醋酸钕；
[0015]所述的M2的可溶盐包括硝酸钌、硝酸钯、硝酸铂或硝酸银。
[0016]进一步地，步骤S1溶剂热法的温度为150～200℃，反应时间为12～36h。
[0017]进一步地，对步骤S1溶剂热法制备的产物进行醇洗、过滤、烘干、焙烧得到金属掺杂的钴基复合氧化物5M1O
x
‑
CoO
x
。
[0018]进一步地，步骤S2浸渍的产物在室温下静置3
‑
5h后，转移到50
‑
70℃烘箱中干燥10
‑
14h，最后在400
‑
500℃下焙烧3
‑
5h得到最终的催化剂，并将该催化剂再于700
‑
800℃下老化处理3
‑
5h。
[0019]本专利技术还提供上述轻质烷烃低温催化燃烧消除用催化剂的应用，将所述催化剂用于轻质烷烃的催化燃烧。
[0020]进一步地，轻质烷烃是甲烷、乙烷与丙烷的混合气；
[0021]反应空速为15000mlg
‑1h
‑1，反应温度为50℃
‑
550℃。
[0022]与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：
[0023]1.本专利技术提供的催化剂在活性上具有很好的抗高温性，主要是由于该催化剂独特的结构具有抗高温能力，同时在高温下生成了更多的活性物种。在高温处理后活性反而变得更好，在工业复杂环境下去除VOCs有很大的潜力。
[0024]2.本专利技术提供的催化剂在较低的温度下可以将丙烷完全转化为水和二氧化碳，催化剂活性好。
[0025]3.本专利技术提供的催化剂是以过渡金属钴基催化剂为主体，负载微量的贵金属催化剂，因此，催化剂制备的成本低，并且制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻质烷烃低温催化燃烧消除用催化剂，其特征在于，该催化剂为2.25wt％M2/5M1O
x
‑
CoO
x
，其中M1为稀土金属，其含量是钴元素摩尔含量的5％，M2为贵金属，其单质含量是掺杂了稀土金属的钴基复合氧化物质量的2.25wt％。2.根据权利要求1所述的轻质烷烃低温催化燃烧消除用催化剂，其特征在于，所述的M1为La、Ce、Ga或Nd；所述的M2为Ru、Pd、Ag或Pt。3.根据权利要求1所述的轻质烷烃低温催化燃烧消除用催化剂，其特征在于，所述的催化剂为2.25wt％Ru/5LaO
x
‑
CoO
x
或2.25wt％Pt/5LaO
x
‑
CoO
x
。4.一种如权利要求1
‑
3任一所述的轻质烷烃低温催化燃烧消除用催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、以Co和M1的可溶盐为前驱体，采用一锅溶剂热法制备稀土金属掺杂的钴基复合氧化物5M1O
x
‑
CoO
x
；S2、以M2的可溶盐为前驱体，以步骤S1制得的复合氧化物为载体，采用等体积浸渍法制得催化剂2.25wt％M2/5M1O
x
‑
CoO
x
。5.根据权利要求4所述的轻质烷烃低温催化燃烧消除用催化剂的制备方法，其特征在于，所述的Co的可溶盐包括醋酸钴...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴启广，高彪，王幸宜，郭杨龙，郭耘，詹望成，王丽，王爱勇，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：