去除空氣中苯系物的大孔球形復合材料催化劑及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于氣態(tài)苯系物催化凈化，涉及將空氣中苯系物催化氧化成無污染的二氧 化碳和水的催化劑。
【背景技術】
[0002] 苯，甲苯，二甲苯等苯系物是工業(yè)生產(chǎn)以及室內(nèi)修飾材料的常用的有機溶劑，其產(chǎn) 生的可揮發(fā)性有機廢氣（VOCs)導致空氣中苯系物含量大幅增加，極大地危害人類健康。 催化氧化法是一種燃燒消除苯系物的技術，它通過控制燃燒溫度而選擇性地催化氧化苯系 物，使其變?yōu)闊o毒的C0jPH 20。常用的催化劑體系主要有：金屬氧化物催化劑、含貴金屬的 負載催化劑。前者完全催化氧化苯系物的溫度為300~600°C而轉化效率低，后者具有金屬 氧化物催化劑所不可比擬的催化氧化活性，且溫度窗口較低。如"一種低溫催化氧化苯系物 的負載型貴金屬催化劑及其制備方法"（專利號：ZL 2006101654291，中國發(fā)明專利），該 催化劑的活性組分為Pd、Pt、Ag、Au、Rh中的一種；載體為活性炭、赤泥、分子篩、金屬氧化物 中的一種；110~210°C可將濃度為100~800ppm的苯系物氣體直接氧化為0) 2和H2O。雖 然該催化劑以負載貴金屬的金屬氧化物為載體，但該催化劑為40~60目的粉末。使用時，部 分易被氣流吹拂通過濾網(wǎng)(布）進入凈化后的環(huán)境，造成二次污染，另外粉末團聚使其與需 凈化的氣體的接觸完全沒有球形的好，離真正的實用還有距離。因此，開發(fā)較低溫燃燒且催 化氧化苯系物效率高、實用的催化劑非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的是針對空氣中含有氣化的苯系物，提供一種使其能被催化氧化為CO2 及H2O的大孔球形復合催化材料及制備方法，旨在以貫通的大孔球形樹脂做載體，并在表面 及孔道內(nèi)彌布少量的碳修飾貴金屬-氧化物而構成泡松多孔的復合球形催化劑，可高效將 苯系物轉化成無污染的二氧化碳和水的催化劑。
[0004] (一）去除空氣中苯系物的大孔球形復合材料催化劑 該催化劑為燃燒不完全的大孔樹脂、貴金屬和金屬氧化物所構成的泡松多孔的2~ 5mm的球形顆粒，且其表面及孔道內(nèi)分布有碳修飾的貴金屬-氧化物； 按重量比，貴金屬為0. 05~5%，碳為3~9%，余量為金屬氧化物； 所述貴金屬是Pt或Pd或Rh或Ir或Ru或Au中的至少一種； 所述金屬氧化物是Al2O3或TiO 2或MnO 2或ZrO 2或SiO 2或CeO 2或La 302或CoO或MgO 或ZnO或CaO或CuO中的至少一種。
[0005] (二）本發(fā)明催化劑的制備方法 (1)取貴金屬的絡陰離子鹽溶解于純水中形成貴金屬水溶液，其中，貴金屬的含量為 0. 1~10g/L，按樹脂的吸附容量淋洗陰離子交換大孔樹脂，將貴金屬水溶液中的絡陰離子 鹽與大孔樹脂的陰離子交換，干燥，使絡陰離子鹽的貴金屬離子吸附到大孔樹脂的微孔； 上述貴金屬的絡陰離子鹽為的Pt或Pd或Rh或Ir或Ru或Au的氯酸鹽； (2)將金屬氧化物粉末用甲基纖維素濃度為3%水溶液調(diào)制成固體含量為10~50%的 漿體，研磨漿體至團聚粒度小于30 μ m，將該漿體滾涂于步驟（1)已吸附貴金屬離子的大孔 樹脂上，干燥； 上述金屬氧化物是Al2O3或TiO 2或MoO或MnO 2或ZrO 2或SiO 2或CeO 2或La 302或CoO 或MgO或ZnO或CaO或CuO中的至少一種。
[0006] (3)將納米貴金屬微粒滾撲在步驟（2)金屬氧化物膜表層，其表層的貴金屬含量按 照催化轉化率要求為0. 05~5% ;于180°C干燥12h，700°C燃燒及揮發(fā)1~8h，冷卻后再于 氫氣氣氛中400°C還原l~2h，獲得催化劑。
[0007] 優(yōu)選的，所述的制備方法是：步驟（1)中是以一定量的貴金屬水溶液淋洗10~ 100g樹脂。
[0008] 優(yōu)選的，所述的制備方法是：步驟（2 )中，金屬氧化物粉末的粒徑為0. 1~15微 米，金屬氧化物與樹脂質量比為1:10~1:1。
[0009] (三）一種應用催化劑的方法 將催化劑放入有隔離網(wǎng)的凈化反應器氣室內(nèi)，抽入需凈化氣體，顆粒流轉與氣體接觸， 在常壓和溫度160°c以上，空速為10, 000~100, OOOh \將含有苯系物50~800ppm的空氣 氣體氧化為〇)2和H 20，在200°C以上轉化率達到99. 9%，且無副產(chǎn)物生成。
[0010] 以上大孔樹脂是由聚合單體和交聯(lián)劑、致孔劑、分散劑等添加劑經(jīng)聚合反應制備 的聚合物。樹脂中具有孔徑100~l〇〇〇nm、孔隙率較高的球形樹脂。
[0011] 以上反應空速是指：在規(guī)定的條件下，單位時間單位體積催化劑處理的氣體量，單 位為m 3/ (m3催化劑· h)，簡化為h 1C3
[0012] 本發(fā)明的金屬氧化物可以由該金屬的硝酸鹽、硫酸鹽或其它可溶的有機酸鹽等通 過共沉淀法制備，也可按需求直接買市售。納米級貴金屬微粒可以用化學還原法獲得，也可 以是其它方法獲得。
[0013] 本發(fā)明的催化劑特征由活性組分貴金屬粒子和金屬氧化物助劑及苯乙稀、二乙稀 苯等大孔樹脂燃燒不完全獲得的碳及骨架構成，其中的活性組分是分布在表面及孔道中以 3~9%碳修飾的金屬氧化物和貴金屬粒子，可吸附VOCs在表面并與貴金屬粒子協(xié)同將苯系 物催化氧化為〇0 2和H 20。
[0014] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下效果和優(yōu)點： 本發(fā)明的催化劑具有有機樹脂經(jīng)不完全燃燒，在其表面及孔道內(nèi)部留下密布的碳修飾 的貴金屬-氧化物，其大孔樹脂球形骨架的直徑為2~5mm，其所構成的泡松多孔的球形骨 架具有疏通和流動性，將這種球形泡松顆粒放入有隔離網(wǎng)的循環(huán)空氣氣室，氣流抽入時，會 以流轉的方式與氣體接觸，使氣室環(huán)境里的苯系物流過幾乎所有表面及孔道，高效地將將 苯系物轉化成無污染的二氧化碳和水的催化劑，且被濾網(wǎng)隔開的催化劑不進入凈化環(huán)境， 降低了二次污染的機會，極具實用性。
[0015] 本發(fā)明催化劑在160°C以上時，對氣室環(huán)境里的苯系物催化氧化成無害的二氧化 碳和水，在200°C，其轉化率能達到99. 9%。將本發(fā)明制備的催化劑在常壓的大氣氣氛中， 空速為10, 〇〇〇~100, OOOh 1范圍內(nèi)，固定床反應器上，對苯系物進行催化氧化實驗。結 果顯示：對于不同載體負載的貴金屬催化劑，能夠在常壓條件下，固定床反應器上，空速為 10, 000~100, OOOh 1范圍內(nèi)，在160°C以上溫度，對50~800ppm的苯系物氣體直接氧化為 0)2和H 20，在200°C，轉化率達到99. 9%，且無副產(chǎn)物生成，表現(xiàn)出良好的低溫催化活性。因 此，本發(fā)明催化劑具有活性好、相對較低溫、低能耗、高效催化燃燒苯系物污染的特性。
[0016] 該催化劑能夠在有效工作時間區(qū)間轉化率可保持在99%。
[0017] 催化劑的制備原料低廉易得，制備過程簡單，操作方便，適合規(guī)模化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0018] 圖1為步驟（2)滾涂氧化物后的形貌圖。
[0019] 圖2為快速熱處理后的碳修飾的貴金屬-氧化物催化劑材料形貌圖。
[0020] 以下結合【具體實施方式】更清楚地說明本發(fā)明，以下實施例包括但不限制本發(fā)明的 保護范圍。
【具體實施方式】
[0021] 實施例1 取2克氯鈀酸溶解于IOOmL水中，在攪拌情況下，加入D301大孔弱堿性苯乙烯系陰離 子交換樹脂100g均勻攪拌，溶液由棕黑變?yōu)闊o色透明，分離固液，用少量水淋洗，直到用硝 酸銀溶液檢測不到濾液中有氯離子，然后將樹脂放入干燥箱60°C干燥。
[0022] 將平均粒徑5微米的Al2O3粉末12g用甲基纖維素濃度為3%水溶液調(diào)制成漿，用 三輥研磨機研磨成團聚粒度小于30微米的均勻的漿體，將上述已吸附貴金屬的大孔樹脂 進行漿體滾涂，干燥30分鐘。
[0023] 用納米鈀黑0