專利名稱：一種簡便的銅錳復(fù)合氧化物整體式催化劑制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種簡便的整體式催化劑制備方法，具體是一種用于有機(jī)廢氣催化燃燒凈化的銅錳復(fù)合氧化物整體式催化劑的簡便制備方法。
背景技術(shù)：
整體式催化劑是有許多狹窄的平行通道整齊排列的一體化催化劑，通常由整體載體、涂層和活性組分三部分組成。整體載體是催化劑的基本骨架，常見蜂窩陶瓷載體和金屬載體兩類；涂層用來增加催化劑的比表面積，同時還可以增強(qiáng)負(fù)載活性組分在整體載體上的附著性能，有些涂層本身也具有一定的催化活性；活性組分是整體式催化劑的關(guān)鍵部分，能夠提供反應(yīng)所需的催化活性位。由于具有床層壓降低、催化效率高、放大效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)，近年來整體式催化劑已被廣泛應(yīng)用于許多化工領(lǐng)域，如汽車尾氣和工業(yè)有機(jī)廢氣催化燃燒、天然氣催化燃燒、NOx選擇性催化還原以及一些有機(jī)合成的多相反應(yīng)等，已成為當(dāng)今多相催化領(lǐng)域中最具發(fā)展?jié)摿Φ难芯糠较蛑弧４呋紵且环N實(shí)用簡便的有機(jī)廢氣凈化處理技術(shù)，該技術(shù)是將有機(jī)物分子在催化劑表面作用發(fā)生深度氧化轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳和水。催化活性材料大多采用貴金屬、 非金屬氧化物或二者的混合物。如專利CN101138728B涉及一種凈化有機(jī)廢氣的金屬氧化物混合物催化劑及其制備方法。該催化劑以硝酸強(qiáng)化預(yù)處理的堇青石蜂窩陶瓷為載體，在載體上一次性負(fù)載鈰鑭鋯混合氧化物改性的活性氧化鋁涂層與含多種金屬氧化物混合物的活性組分，所制備的催化劑對苯、甲苯、二甲苯以及多環(huán)芳烴等有機(jī)廢氣具有催化燃燒效率高和起燃溫度低等優(yōu)點(diǎn)。隨著整體式催化劑在有機(jī)廢氣催化燃燒凈化等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其需求量越來越大，因此急需解決大規(guī)模化簡便生產(chǎn)問題。有關(guān)整體式催化劑的制備，目前通常采用兩步法，即在蜂窩陶瓷載體上先涂覆一層Y-Al2O3等活性涂層，然后再通過浸漬等過程負(fù)載銅錳等活性組分。該制備過程比較繁瑣，為此開發(fā)一種既具有高活性又操作簡便的整體式催化劑具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于針對目前整體式催化劑制備過程復(fù)雜、活性物質(zhì)在整體載體上粘附穩(wěn)定性較低等不足，提供了一種用于有機(jī)廢氣催化燃燒凈化的銅錳復(fù)合氧化物整體式催化劑的簡便制備方法。技術(shù)方案本發(fā)明的簡便的銅錳復(fù)合氧化物整體式催化劑的制備方法為將擬薄水鋁石、尿素、表面活性劑、金屬硝酸鹽和去離子水混合，其中按重量計算
擬薄水鋁石 15 30 wt% 尿素6 36 wt%
表面活性劑 1 15 wt% 硝酸銅1. 8 5. 8 wt%硝酸錳2. 0 6. 5 wt%
去離子水 30 60 wt%,
用硝酸調(diào)節(jié)PH值為1. 5 3，攪拌制成具有良好流動性、均勻穩(wěn)定、含活性金屬鹽的一體化溶膠漿液，然后將酸蝕預(yù)處理的堇青石蜂窩載體浸泡其中1 3 min,再經(jīng)80 150 °C 干燥0. 5 3 h、400 800 °C焙燒2 10 h后制得整體式催化劑。所述的表面活性劑為陽離子型CTAB、陰離子型SDBS、非離子型TWeen20或非離子型Tween80中的一種或幾種。有益效果本發(fā)明整體式催化劑制備方法的制備工藝簡單，而且所制備有機(jī)廢氣催化燃燒催化劑具有性能優(yōu)良、機(jī)械穩(wěn)定性高、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所制備的整體式催化劑采用堇青石蜂窩陶瓷載體為基質(zhì)，在其孔道內(nèi)表面涂覆有Y-Al2O3涂層以及銅錳復(fù)合氧化物活性組分。氧化鋁負(fù)載量(相對于陶瓷載體的初始質(zhì)量)為15.廣23. 5 wt%，銅錳復(fù)合氧化物活性組分中銅錳摩爾比為1:1，銅錳氧化物負(fù)載量(相對于陶瓷載體的初始質(zhì)量)為2. 05^3. 20 wt%0本發(fā)明的整體式催化劑制備方法為先將擬薄水鋁石與金屬硝酸鹽等混合制備成含活性金屬鹽的一體化鋁溶膠，然后采用一步法將其涂覆于堇青石載體，具體過程如下
將擬薄水鋁石粉體、尿素、表面活性劑、硝酸銅晶體、硝酸錳溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%)和去離子水混合，用硝酸調(diào)節(jié)酸度，劇烈攪拌，制得具有良好流動性、均勻穩(wěn)定、含活性金屬鹽的一體化鋁溶膠漿液；然后將酸蝕預(yù)處理的蜂窩陶瓷載體浸泡在漿液一段時間后取出，經(jīng)過空氣吹掃、干燥和焙燒等處理即制得整體式催化劑。表面活性劑為陽離子型CTAB、陰離子型 SDBS、非離子型Tween20或非離子型Tween80中的一種或幾種。漿液pH值為1.5 3，各組分含量(按重量計算)為擬薄水鋁石15 30 wt%、尿素6 36 wt%、表面活性劑1 15 wt%、硝酸銅1.8 5. 8 wt%、硝酸錳2.0 6. 5 wt%、水30 60 wt%。蜂窩陶瓷載體浸泡在漿液中的時間為廣3 min，靜置時間為12、8 h ；干燥溫度為8(Tl50 °C，干燥時間0. 5 3 h ；焙燒溫度400 800 °C，焙燒時間2 10 h。
下面結(jié)合實(shí)施例，具體說明整體式催化劑的簡便制備方法，同時描述所制備催化劑的催化性能測試結(jié)果，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1 (1)漿液的制備
稱取5 g擬薄水鋁石粉體、2. 5 g尿素、1.2476 g硝酸錳溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%)、0. 8434 g Cu(NO3)2 · 3H20、1 ml CTAB 禾口 1 ml Tween80 于 80 ml 的燒杯中，并加入 12. 5 ml 去離子水，放置在磁力攪拌器上，用硝酸調(diào)節(jié)PH值至2，劇烈攪拌1 h。靜置15 min，形成具有高固含量、良好流動性、均勻穩(wěn)定、含活性金屬鹽的鋁溶膠漿液。(2)載體的涂覆
堇青石蜂窩陶瓷載體(組成Mg2Al4Si5O18,規(guī)格為f 8'24 mm，方形孔，孔密度400 cpsi, 壁厚0.21 mm)在50%醋酸溶液中浸泡1 h、600 °C下焙燒2 h后，將其浸入上述漿液中并不斷攪拌維持2 min后緩慢取出。通過空氣流吹凈孔道內(nèi)和外壁上的多余液體，于室溫下翻轉(zhuǎn)1 h，靜置12 h，然后110 °C干燥1 h，再于500 °C焙燒2 h，即制得氧化鋁負(fù)載量15. 1 wt%和銅錳氧化物負(fù)載量2. 05 wt%的整體式催化劑。(3)催化性能評價
評價反應(yīng)是在常壓石英管反應(yīng)器中進(jìn)行，以鄰二甲苯為模型有機(jī)廢氣物。一路空氣 (78.84 ml/min)通入裝有鄰二甲苯的鼓泡器，然后與另一路空氣(121. 16 ml/min)混合后， 進(jìn)入反應(yīng)器。鼓泡器溫度控制在0 °C，空氣的總流量為200 ml/min，對應(yīng)反應(yīng)器總體積空速(GHSV)約為10000 IT1 (相對于整個整體式催化劑體積)，反應(yīng)氣中鄰二甲苯體積分?jǐn)?shù)約為1000 ppm，尾氣用氣相色譜在線分析。結(jié)果表明所制備整體式催化劑對鄰二甲苯的起燃溫度為333 °C，完全轉(zhuǎn)化溫度為；357 °C。實(shí)施例2 (1)漿液的制備
稱取5 g擬薄水鋁石、3 g尿素、1.2482 g的硝酸錳溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%)、0.8439 g Cu(NO3)2 ·3Η20、1. 5 ml CTAB 和 2 ml Tween80 于 80 ml 的燒杯中，并加入 10 ml 去離子水， 放置在磁力攪拌器上，用硝酸調(diào)節(jié)PH值至1.5，劇烈攪拌1 h。靜置15 min，形成具有高固含量、良好流動性、均勻穩(wěn)定、含活性金屬鹽的鋁溶膠漿液。(2)載體的涂覆
將酸蝕預(yù)處理的堇青石陶瓷載體浸入上述漿液中并不斷攪拌維持1 min后緩慢取出。 通過空氣流吹凈孔道內(nèi)和外壁上的多余液體，于室溫下翻轉(zhuǎn)1 h，靜置18 h，然后120 °〇干燥1 h，再500 °C焙燒3 h，即制得氧化鋁負(fù)載量19. 3 wt%和銅錳氧化物負(fù)載量2. 63 wt% 的整體式催化劑。(3)催化性能評價
按實(shí)施1的評價方法，此銅錳復(fù)合氧化物整體式催化劑對鄰二甲苯的起燃溫度為321 °C，完全轉(zhuǎn)化溫度為338 °C。實(shí)施例3 (1)漿液的制備
稱取5 g擬薄水鋁石、2. 5 g尿素、1.2475 g的硝酸錳溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%)、0. 8430 g Cu(NO3)2 ·3Η20、2 ml SDBS和2 ml Tween20于80 ml的燒杯中，并加入10 ml去離子水，放置在磁力攪拌器上，用硝酸調(diào)節(jié)PH值至1.5，劇烈攪拌1 h。靜置15 min，形成具有高固含量、良好流動性、均勻穩(wěn)定、含活性金屬鹽的鋁溶膠漿液。(2)載體的涂覆
將酸蝕預(yù)處理的堇青石陶瓷載體浸入上述漿液中并不斷攪拌維持2 min后緩慢取出。 通過空氣流吹凈孔道內(nèi)和外壁上的多余液體，于室溫下翻轉(zhuǎn)1 h，靜置M h，然后150 °〇干燥2 h，再500 °C焙燒3 h，即制得氧化鋁負(fù)載量19. 9 wt%和銅錳氧化物負(fù)載量2. 70 wt% 的整體式催化劑。(3)催化性能評價
按實(shí)施1的評價方法，此銅錳復(fù)合氧化物整體式催化劑對鄰二甲苯的起燃溫度為330 °C，完全轉(zhuǎn)化溫度為348 °C。從上述的實(shí)施例中可以看出，本發(fā)明所制備整體式催化劑用于二甲苯類有機(jī)廢氣催化燃燒凈化處理時，在較低的溫度下，具有優(yōu)良的催化活性。同時，本發(fā)明的整體式催化劑制備工藝簡單。由于采用非貴金屬銅錳氧化物為主要活性組分，致使催化劑生產(chǎn)成本大為降低，易于推廣，具有廣闊的應(yīng)用前景，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種簡便的銅錳復(fù)合氧化物整體式催化劑的制備方法，其特征在于將擬薄水鋁石、尿素、表面活性劑、金屬硝酸鹽和去離子水混合，其中按重量計算擬薄水鋁石 15 30 wt% 尿素6 36 wt%表面活性劑 1 15 wt% 硝酸銅1. 8 5. 8 wt%硝酸錳2. 0 6. 5 wt%去離子水 30 60 wt%,用硝酸調(diào)節(jié)PH值為1. 5 3，攪拌制成具有良好流動性、均勻穩(wěn)定、含活性金屬鹽的一體化溶膠漿液，然后將酸蝕預(yù)處理的堇青石蜂窩載體浸泡其中1 3 min,再經(jīng)80 150 °C 干燥0. 5 3 h、400 800 °C焙燒2 10 h后制得整體式催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種簡便的銅錳復(fù)合氧化物整體式催化劑的制備方法，其特征在于所述的表面活性劑為陽離子型CTAB、陰離子型SDBS、非離子型Tween20或非離子型 Tween80中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種簡便的銅錳復(fù)合氧化物整體式催化劑制備方法，屬催化技術(shù)領(lǐng)域。將擬薄水鋁石、尿素、表面活性劑、金屬硝酸鹽和去離子水混合，用硝酸調(diào)節(jié)pH值為1.5~3，攪拌制成具有良好流動性、均勻穩(wěn)定、含活性金屬鹽的一體化溶膠漿液，然后將酸蝕預(yù)處理的堇青石蜂窩載體浸泡其中1~3min，再經(jīng)80~150℃干燥0.5~3h、400~800℃焙燒2~10h后制得整體式催化劑。本發(fā)明所制備整體式催化劑用于二甲苯類有機(jī)廢氣催化燃燒凈化時，具有優(yōu)良的催化活性。同時，本發(fā)明整體式催化劑制備方法具有工藝簡便、活性物付著牢固、價格低廉、利于工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號B01D53/86GK102319573SQ20111019502
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者傅慧云, 馮翔, 吳東方, 李望兵, 邊珊珊, 馬婧雯 申請人:東南大學(xué)