用于一氧化碳常溫催化氧化的整體式催化劑及制備和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于一氧化碳常溫催化氧化的整體式催化劑及其制備和應(yīng)用。該催化劑以涂覆活性涂層的堇青石蜂窩陶瓷為載體，以PdCl2和CuCl2為活性組分，通過(guò)等體積浸漬法將PdCl2和CuCl2擔(dān)載在載體上，高溫焙燒后得到整體式催化劑。該整體式催化劑制備方法簡(jiǎn)單，貴金屬利用率高、催化活性高、使用壽命長(zhǎng)，可在常溫（0~30℃）、低濃度（0~100ppm）、高空速（10000~60000h-1）條件下催化氧化CO，適用于道路隧道或地下停車場(chǎng)等半封閉空間中低濃度CO的常溫消除。
【專利說(shuō)明】用于一氧化碳常溫催化氧化的整體式催化劑及制備和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于CO常溫催化氧化的整體式催化劑及其制備方法。該催化劑適用于常溫((T30°c)、低濃度((TlOO ppm)、高空速(1000(T60000 tf1)條件下CO的催化氧化，特別適用于道路隧道或地下停車場(chǎng)等半封閉空間中低濃度CO的消除。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車保有量的不斷上升，城市交通擁堵和停車難問(wèn)題日益加劇。發(fā)展道路隧道和地下停車場(chǎng)等半封閉空間是目前主要的解決方案。但是這類半封閉空間內(nèi)空氣流通較差，汽車怠速或冷啟動(dòng)造成排放的污染物在空間內(nèi)不斷累積，污染物濃度超過(guò)國(guó)家二級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境中CO的存在具有很大的危害性，它可以和人體的血紅蛋白結(jié)合，削弱血紅蛋白的輸氧能力，從而損害人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致人中毒甚至死亡。
[0003]目前CO的消除方法主要是以催化氧化法為主，該方法因具有效率高、無(wú)二次污染、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前CO治理領(lǐng)域研究和應(yīng)用的主流發(fā)展方向。CO催化劑可分為非貴金屬催化劑體系和貴金屬催化劑體系兩大類。非金屬CO催化劑主要以CuO-MnOx復(fù)合氧化物為主要成分的 Hopcalite 催化劑(G.J.Hutchingsa, et.al., Appl.Catal.A 1998，166: 143-152.)為代表，一直用在礦井和軍用防毒面具中。雖然Hopcalite催化劑活性高，但是在含水汽氣氛中，會(huì)迅速失活。貴金屬催化劑體系中的負(fù)載型Waker-Typer催化劑(PdCl2 - CuCl2)(中國(guó)發(fā)明專利CN101898137A)在室溫條件下對(duì)CO具有很高的催化性能，并且具有很好的抗水性和使用壽命，但是成本較高。
[0004]汽車尾氣三效催化劑(Three-way catalyst, TffCs)是將Pd、Pt和Rh等貴金屬負(fù)載在涂覆有Y -Al2O3或鈰鋯氧化物的蜂窩陶瓷載體上，可以將汽車正常行使過(guò)程中產(chǎn)生的尾氣轉(zhuǎn)化為無(wú)害產(chǎn)物，但是其使用溫度高，需達(dá)到300-90(TC，無(wú)法用于常溫下污染物的消除；趙福真等人(無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2013，29 (4))研究了 CuxCei_x02_x/SBA-15/堇青石整體式催化劑對(duì)CO的催化氧化性能，CO可以在140°C完全轉(zhuǎn)化，無(wú)法用于常溫條件下對(duì)CO的催化氧化；中國(guó)發(fā)明專利CN 102114428 B公開了用于常溫氧化CO、甲醛的整體式催化劑及其制備方法，在常溫條件下能同時(shí)消除CO和甲醛，抗毒、抗?jié)裥阅軓?qiáng)，性能穩(wěn)定，但是使用壽命在專利中沒(méi)有提到。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于一氧化碳常溫催化氧化的整體式催化劑及制備和應(yīng)用。
[0006]一種用于一氧化碳常溫催化氧化的整體式催化劑，其特征在于，所述催化劑載體為涂覆活性涂層的堇青石蜂窩陶瓷；活性組分為氯化鈀(PdCI2)和氯化銅(CuCl2);其中PdCl2中的Pd在整體式催化劑中的含量為1.(Γ3.0 g/L，CuCl2中的Cu在整體式催化劑中的含量為2.(TlO g/L ;活性涂層負(fù)載量占在堇青石蜂窩陶瓷的質(zhì)量百分比為5?20%。
[0007]一氧化碳常溫催化氧化的整體式催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
(1)載體需預(yù)先涂覆一層活性涂層:
將擬薄水鋁石、Y -Al2O3粉末、異丙醇加入到去離子水中，攪拌條件下加入硝酸調(diào)節(jié)pH值至3-4，繼續(xù)攪拌10-60分鐘形成漿料；將堇青石蜂窩陶瓷載體浸泡在漿料中1-15分鐘，取出后高壓氣槍吹掃，晾干，在30?80°C烘干，然后在20(T800°C馬弗爐中焙燒4小時(shí)，得到涂覆活性涂層的堇青石蜂窩陶瓷；
(2)采用等體積浸潰法制備整體式催化劑:
將PdCl2和CuCl2溶解在氨水溶液中，把涂覆活性涂層的堇青石蜂窩陶瓷浸潰在溶液中，待溶液完全吸收后，將整體式催化劑在30?80°C烘干，然后在200?500°C焙燒2?8小時(shí)。
[0008]步驟(2)所述等體積浸潰法為:預(yù)先測(cè)定涂覆有活性涂層的堇青石蜂窩陶瓷的吸水率，然后根據(jù)吸水率加入飽和吸收所需體積的PdCl2-CuCl2氨水溶液。
[0009]一氧化碳常溫催化氧化的整體式催化劑用于常溫、低濃度、高空速條件下一氧化碳的催化氧化，特別適用于道路隧道或地下停車場(chǎng)等半封閉空間中低濃度一氧化碳的消除。
[0010]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的實(shí)質(zhì)特點(diǎn)是:整體式催化劑載體機(jī)械強(qiáng)度高，滿足工程施工要求；可以在常溫下((T30°c)實(shí)現(xiàn)低濃度CO ((TlOO ppm)的有效消除；可用于高空速(1000(T60000 IT1)條件；良好的抗水性和抗鹵素毒化能力；活性涂層占載體含量可控(5?20%);采用等體積浸潰法制備整體式催化劑，制備方法簡(jiǎn)單，貴金屬利用率高、用量低，便于大規(guī)模工業(yè)化使用。
[0011]該整體式催化劑制備方法簡(jiǎn)單，貴金屬利用率高、催化活性高、使用壽命長(zhǎng)，可在常溫((T30°c)、低濃度((TlOO ppm)、高空速(1000(T60000 IT1)條件下催化氧化CO，適用于道路隧道或地下停車場(chǎng)等半封閉空間中低濃度CO的常溫消除。

【具體實(shí)施方式】
[0012]以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0013]實(shí)施例1:
堇青石蜂窩陶瓷載體的涂覆:將40g擬薄水鋁石、1g Y -Al2O3粉末、1.5g異丙醇加入到50g去離子水中，攪拌條件下加入硝酸調(diào)節(jié)pH值至3-4，繼續(xù)攪拌20分鐘形成漿料；將體積為5CmX5CmX5Cm的堇青石蜂窩陶瓷載體浸泡在漿料中5分鐘，取出后高壓氣槍吹掃，晾干，在50°C烘干，然后在550°C馬弗爐中焙燒4h。經(jīng)稱重，堇青石蜂窩陶瓷載體的活性涂層的負(fù)載量為17.5%。
[0014]2.5g/L Pd整體式催化劑的制備:將0.52 g PdCl2和1.67 g CuCl2溶于20mL濃氨水中，待完全溶解后，將上述涂覆活性涂層的5CmX5CmX5Cm的堇青石蜂窩陶瓷載體浸潰在溶液里，待溶液完全吸收后，將整體式催化劑在50°C烘干，最后在300°C馬弗爐中焙燒4h0
[0015]催化劑評(píng)價(jià)方法:把CO常溫氧化反應(yīng)在常壓固定床U型反應(yīng)器(內(nèi)徑為11 mm)中進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。所用原料氣組分為:C0濃度為20 ppm，其余為空氣，總流量為I L/min。將整體式催化劑切成底面積為1cm2、高度為2.5cm的圓柱體(體積為2.5cm3)，對(duì)應(yīng)體積空速為2400(?'常壓固定床U型反應(yīng)器放置在30°C恒溫水浴槽內(nèi)，原料氣體直接通過(guò)催化劑床層。使用一氧化碳分析儀(Thermo, Model 48i)進(jìn)行產(chǎn)物分析,儀器的最低檢測(cè)限為0.04ppm。
[0016]測(cè)試結(jié)果表明，在2400(?-1體積空速下，2.5g/L Pd整體式催化劑(17.5%活性涂層負(fù)載量)對(duì)CO的初始凈化效率為87.1%，催化劑使用50h后凈化效率為83.8%。
[0017]實(shí)施例2:
堇青石蜂窩陶瓷載體的涂覆同實(shí)施例1。
[0018]2.0g/L Pd整體式催化劑的制備:將實(shí)施例1中的PdCl2質(zhì)量改為0.42g，其余制備方法同實(shí)施例1。
[0019]催化劑評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1。測(cè)試結(jié)果表明，2.0g/L Pd整體式催化劑(17.5%活性涂層負(fù)載量)對(duì)CO的初始凈化效率為82.9%，催化劑使用50h后凈化效率為78.3%。
[0020]實(shí)施例3:
堇青石蜂窩陶瓷載體的涂覆同實(shí)施例1。
[0021]1.5g/L Pd整體式催化劑的制備:將實(shí)施例1中的PdCl2質(zhì)量改為0.31g，其余制備方法同實(shí)施例1。
[0022]催化劑評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1。測(cè)試結(jié)果表明，1.5g/L Pd整體式催化劑(17.5%活性涂層負(fù)載量)對(duì)CO的初始凈化效率為74.3%，催化劑使用50h后凈化效率為67.6%。
[0023]實(shí)施例4:
堇青石蜂窩陶瓷載體的涂覆:將實(shí)施例1中的去離子水質(zhì)量改成100g，其余制備方法同實(shí)施例1。經(jīng)稱重，堇青石蜂窩陶瓷載體的活性涂層的負(fù)載量為12.0%。
[0024]2.5g/L Pd整體式催化劑的制備:將實(shí)施例1中的17.5%活性涂層負(fù)載量的堇青石蜂窩陶瓷載體改成12.0%活性涂層負(fù)載量的堇青石蜂窩陶瓷載體，其余制備方法同實(shí)施例I。
[0025]催化劑評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1。測(cè)試結(jié)果表明，2.5g/L Pd整體式催化劑(12.0%活性涂層負(fù)載量)對(duì)CO的初始凈化效率為85.6%，催化劑使用50h后凈化效率為81.2%。
[0026]實(shí)施例5:
堇青石蜂窩陶瓷載體的涂覆同實(shí)施例4。
[0027]2.0g/L Pd整體式催化劑的制備:將實(shí)施例2中的17.5%活性涂層負(fù)載量的堇青石蜂窩陶瓷載體改成12.0%活性涂層負(fù)載量的堇青石蜂窩陶瓷載體，其余制備方法同實(shí)施例2。
[0028]催化劑評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1。測(cè)試結(jié)果表明，2.0g/L Pd整體式催化劑(12.0%活性涂層負(fù)載量)對(duì)CO的初始凈化效率為81.7%，催化劑使用50h后凈化效率為76.7%。
[0029]實(shí)施例6:
堇青石蜂窩陶瓷載體的涂覆同實(shí)施例4。
[0030]1.5g/L Pd整體式催化劑的制備:將實(shí)施例3中的17.5%活性涂層負(fù)載量的堇青石蜂窩陶瓷載體改成12.0%活性涂層負(fù)載量的堇青石蜂窩陶瓷載體，其余制備方法同實(shí)施例3。
[0031]催化劑評(píng)價(jià)方法同實(shí)施例1。測(cè)試結(jié)果表明，1.5g/L Pd整體式催化劑(12.0%活性涂層負(fù)載量)對(duì)CO的初始凈化效率為72.2%，催化劑使用50h后凈化效率為65.8%。
【權(quán)利要求】
1.一種用于一氧化碳常溫催化氧化的整體式催化劑，其特征在于，所述催化劑載體為涂覆活性涂層的堇青石蜂窩陶瓷；活性組分為氯化鈀(PdCl2)和氯化銅(CuCl2);其中PdCl2中的Pd在整體式催化劑中的含量為1.0?3.0 g/L，CuCl2中的Cu在整體式催化劑中的含量為2.0?10 g/L ;活性涂層負(fù)載量占在堇青石蜂窩陶瓷的質(zhì)量百分比為5?20%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于一氧化碳常溫催化氧化的整體式催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)載體需預(yù)先涂覆一層活性涂層: 將擬薄水鋁石、Y -Al2O3粉末、異丙醇加入到去離子水中，攪拌條件下加入硝酸調(diào)節(jié)pH值至3-4，繼續(xù)攪拌10-60分鐘形成漿料；將堇青石蜂窩陶瓷載體浸泡在漿料中1-15分鐘，取出后高壓氣槍吹掃，晾干，在30?80°C烘干，然后在200?800°C馬弗爐中焙燒4小時(shí)，得到涂覆活性涂層的堇青石蜂窩陶瓷； (2)采用等體積浸潰法制備整體式催化劑: 將PdCl2和CuCl2溶解在氨水溶液中，把涂覆活性涂層的堇青石蜂窩陶瓷浸潰在溶液中，待溶液完全吸收后，將整體式催化劑在30?80°C烘干，然后在200?500°C焙燒2?8小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于一氧化碳常溫催化氧化的整體式催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述等體積浸潰法為:預(yù)先測(cè)定涂覆有活性涂層的堇青石蜂窩陶瓷的吸水率，然后根據(jù)吸水率加入飽和吸收所需體積的PdCl2-CuCl2氨水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于一氧化碳常溫催化氧化的整體式催化劑用于常溫、低濃度、高空速條件下一氧化碳的催化氧化，特別適用于道路隧道或地下停車場(chǎng)等半封閉空間中低濃度一氧化碳的消除。
【文檔編號(hào)】B01J32/00GK104258875SQ201410460882
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】何丹農(nóng), 高振源, 趙昆峰, 楊玲, 蔡婷, 袁靜 申請(qǐng)人:上海納米技術(shù)及應(yīng)用國(guó)家工程研究中心有限公司