纯化催化剂、其制备方法和气体纯化装置制造方法及图纸

提供了一种纯化催化剂和气体纯化装置，它们能在低温下对气体进行充分纯化。该纯化催化剂含有比表面积为５０ｍ＃＋［２］／ｇ或更小并是单斜结晶系统的ＺｒＯ＃－［２］。该气体纯化装置含有上述纯化催化剂作为第一种纯化催化剂以及含有Ｍｎ作为组分，安装在第一种纯化催化剂前面的第二种纯化催化剂。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对在工业和消费领域的制造、运输、燃烧、废料处理等过程中产生的含有害物质的气体进行的纯化，具体涉及用于对垃圾处理释放的气体进行纯化的装置，其中所使用的纯化催化剂及其制备方法。
技术介绍
在气体纯化技术中，近年来开发并改进了吸附型、臭氧氧化型、氧化性分解(燃烧)型、生物降解型等纯化方法。在这些方法中，用催化剂氧化分解的方法具有优势，因为它使得持续产生气味的垃圾处理装置可以小型且无须维护，因此用该方法的气体纯化装置已进入实际使用。通常用带有Pt或Pd的活化氧化铝(Al2O3)作为纯化催化剂，与加热装置例如一个加热器结合使用。然而这种使用上述催化氧化方法的常规气体纯化装置在低温条件，例如在250℃或以下的温度不能充分起作用。近年来开发的热干燥型、使用微生物的生物处理型的垃圾处理装置和类似的装置都产生了产生难闻气味气体的问题。为此，需要开发一种在低温下具有更高气体纯化能力的气体纯化装置。从垃圾处理装置产生的这种不良气味，主要是由有机硫化合物，氨或胺，脂肪酸例如乙酸、丙酸或缬草酸，可燃性化合物例如醛或醇引起的。从常规垃圾处理装置散发不良气味的原因之一，是所用的催化剂不能充分发挥其催化性能，因为同时存在由垃圾产生的各种这些气味组分和水汽。在垃圾处理中产生的这些气味组分中，二甲硫和二甲二硫等化合物和硫化氢等不同，难于分解，特别是低温不容易分解。这些硫的氧化物产生的问题，就是它们容易留在催化剂上，作为有毒物质造成催化剂中毒。另一方面，胺和脂肪酸等水溶性物质产生的问题，是其分解作用随着要处理的气体中水汽的增加而显著下降，或者这些水溶性化合物与硫型气味化合物共存导致这些化合物气体的中毒，即抑制了它们的分解活性。鉴于上述用催化剂的常规气体纯化装置，特别是垃圾分解装置进行的催化纯化有关的问题(而且在低温下这些问题变得严重)，进行了本专利技术。因此，本专利技术的一个目的是提供一种纯化催化剂和气体纯化装置，它们能在相对低的温度下，令人满意的快速除去难闻和有害的物质，即使要纯化的气体含有水汽和各种各样共存的气体组分。专利技术简述本专利技术的第一个专利技术点在于一种纯化催化剂，该催化剂含有由具有单斜结晶系统的ZrO2形成的载体和该载体携带的铂族金属(platinum group metal)。本专利技术的第二个专利技术点在于第一个专利技术点的纯化催化剂，其中该ZrO2具有50m2/g或较小的比表面积。本专利技术的第三个专利技术点是一种纯化催化剂，该催化剂含有通过将含携带铂族金属的金属氧化物的催化剂浆液涂到基材上形成的催化剂层，其中该铂族金属是铂族金属盐经过还原性处理得到的。本专利技术的第四个专利技术点是根据第三个专利技术点的纯化催化剂，其中金属氧化物含有作为其主要组分的ZrO2，所述ZrO2具有50m2/g或较小的比表面积和单斜结晶系统。本专利技术的第五个专利技术点是根据第1-4个专利技术点任一的纯化催化剂，其中所述ZrO2携带占总量0.5-30wt％的选自Ce、Ti、Mo、Tb和Eu的元素的金属氧化物。本专利技术的第六个专利技术点是一种制备催化剂的方法，该方法包括步骤在700℃或更高的温度下热处理具有至少一种单斜结晶系统的ZrO2；用铂族金属的水溶液浸渍经热处理的ZrO2，然后热处理；粉碎携带铂族金属的ZrO2，将粉碎的ZrO2与水、水溶性聚合物和水溶性Zr盐混合，得到催化剂浆液；和将浆液涂到陶瓷、金属或碳形成的基材上。本专利技术的第七个专利技术点是一种制备纯化催化剂的方法，该方法包括步骤将金属氧化物与至少一种铂族金属盐和水溶性聚合物材料的水溶液混合，热处理得到的混合物；粉碎携带该铂族金属的金属氧化物，并将粉碎的金属氧化物与水混合，形成催化剂浆液；和将该浆液涂到陶瓷、金属或碳形成的基材上。本专利技术的第八个专利技术点是一种气体纯化装置，该装置包括专利技术点1、3和4任一所述的催化剂、加热该纯化催化剂的装置、将要处理的气体引入气体纯化装置的入口、和排放废气的废气出口，其中该纯化催化剂是第一种纯化催化剂；还提供了含有Mn作为主要组分的金属氧化物，作为安置在第一种纯化催化剂前面的第二种纯化催化剂。本专利技术的第九个专利技术点是根据本专利技术第八个专利技术点的气体纯化装置，其中第一种纯化催化剂的温度是250℃或更低。本专利技术的第十个专利技术点是根据本专利技术第八个专利技术点的气体纯化装置，其中第二种纯化催化剂的温度比第一种纯化催化剂低。本专利技术的第十一个专利技术点是根据本专利技术第九个专利技术点的气体纯化装置，其中第二种纯化催化剂的温度被调节到250℃或更低。本专利技术的第十二个专利技术点是根据本专利技术第八或第十个专利技术点的气体纯化装置，其中第二种纯化催化剂是一种含有Mn和至少一种选自Co、W、Mo和V的元素的复合氧化物。本专利技术的第十三个专利技术点是根据本专利技术第十二个专利技术点的气体纯化装置，其中第二种纯化催化剂中与Mn复合的Co、W、Mo或V的浓度沿着朝催化剂层表面的方向梯度增加。本专利技术的第十四个专利技术点是根据本专利技术第八或第十个专利技术点的气体纯化装置，其中第二种纯化催化剂是一种含有Mn和至少一种选自Ag、Fe、Cu、Ce和Zr的元素的复合氧化物。本专利技术的第十五个专利技术点是根据本专利技术第十四个专利技术点的气体纯化装置，其中第二种纯化催化剂中与Mn复合的Ag、Fe、Cu、Ce和Zr浓度沿着朝催化剂层表面的方向梯度下降。本专利技术的第十六个专利技术点是根据本专利技术第八或第十个专利技术点的气体纯化装置，其中第二种纯化催化剂含有Mn和携带碱金属的硅藻土。本专利技术的第十七个专利技术点是根据本专利技术第十六个专利技术点的气体纯化装置，其中第二种纯化催化剂含有第一催化剂层和在第一催化剂层上的第二催化层，所述第一催化剂层含有作为其主要组分的携带碱金属的硅藻土，所述第二催化剂层是含有Mn作为其主要组分的过渡金属氧化物。本专利技术的第十八个专利技术点是根据本专利技术第八和12-17个专利技术点任一的气体纯化装置，其中Mn是β-结构的。附图简述附图说明图1是一张示意图，显示本专利技术实施例1的气体纯化装置；图2是一张示意图，显示本专利技术实施例2的气体纯化装置；图3显示Pt/ZrO2催化剂载体的比表面积对催化剂二甲硫分解特性的影响；图4显示Pt/ZrO2催化剂携带的Ce含量对催化剂二甲硫分解特性的影响；和图5显示实施例4(a’)和4(a″)催化剂层中各截面位置的Co浓度。优选实施方式的详述用于本专利技术的一种纯化催化剂使用ZrO2作为携带铂族金属的载体。特别是，ZrO2携带的铂族金属优选是单独的Pt或Rh或结合使用。用于本专利技术的ZrO2用X光衍射(XRD)测定具有表示单斜系统的峰，具有用氮气吸附测定的50m2/g或较小的比表面积。由于这种ZrO2是化学稳定的，其比表面积小于常用的Al2O3载体，即使在硫型气味组分长时间分解，产生SO2气体的情况下，也非常难于变质。另外，由于ZrO2使得催化剂很难吸附废气中所含的水汽和硫型气味组分的反应中间物和产物，催化剂就可在低温下显示高的活性和长期稳定的性能。图3显示了本专利技术催化剂的低温活性。图3具体显示了二甲硫氧化分解作用的T90(达到90％分解时温度)与ZrO2载体比表面积的关系。ZrO2作为载体比其它载体对铂族金属的分散作用更大，即使其比表面积下降，因此使得催化剂显示高的催化活性。满足了上述条件，如果使Ce在0.5-20％含量范围转变成复合物，就可以如图4中增强Pt的可分散性，而不损害本专利技术ZrO2载体的效果，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纯化催化剂，其特征在于，该催化剂含有由具有单斜结晶系统的ＺｒＯ↓［２］形成的载体和该载体携带的铂族金属。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：寺岛徹生，藤田龙夫，铃木基启，保坂正人，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]