废气处理催化剂及其制备方法与用途

摘要

本发明提供一种废气处理催化剂及其制备方法与用途，属于废气处理催化剂技术领域。本发明的废气处理催化剂包括氧化铝载体和负载于氧化铝载体上的活性组分，其中，氧化铝载体为包括δ～Al2O3、θ～Al2O3和α～Al2O3中的至少两种晶相的载体，活性组分为氧化镧和杂多酸。本发明的氧化铝载体包括至少两种晶相的载体，混合晶相的氧化铝载体相比单一晶相的氧化铝载体具有更大的比表面积，由此可提高活性组分在载体上的负载量；此外，活性组分氧化镧和杂多酸与氧化铝载体共同作用，适用于汽车尾气净化、有机废气消除和天然气催化燃烧废气的净化或催化燃烧。

权利要求

1.一种制备废气处理催化剂的方法，其特征在于，所述废气处理催化剂包括氧化铝载体和负载于所述氧化铝载体上的活性组分，所述氧化铝载体为包括δ-Al2O3、θ-Al2O3和α-Al2O3中的至少两种晶相的载体，所述活性组分为氧化镧和选自硅钨酸、磷钼酸或硅钼酸中的一种或多种的杂多酸，所述氧化铝载体与所述氧化镧、所述杂多酸的质量比为100:(3.5～5):(10～35)；

所述方法包括如下步骤:

(1)载体制备

将孔容为0.3～0.7g/mL的拟薄水铝石在700～950℃焙烧3～6.5h得到所述载体；

(2)氧化镧在载体上的负载

将所述步骤(1)制得的所述载体与所述氧化镧加入到水中，在80～100℃下搅拌1～4h，得浆液A，其中所述载体、所述氧化镧与所述水的质量比为(10～30):(2.2～3.5):100；

将所述浆液A球磨至D50为2～4μm，然后干燥，在600～650℃下焙烧2～3h，得负载有氧化镧的氧化铝载体；

(3)杂多酸在载体上的负载

向步骤(2)制得的负载有氧化镧的氧化铝载体的表面喷洒杂多酸水溶液，而后在90～

145℃干燥1～3h，即制得所述废气处理催化剂。

2.一种由权利要求1所述的制备方法制备得到的废气处理催化剂。

3.根据权利要求2所述的废气处理催化剂在废气处理中的用途。

说明书

废气处理催化剂及其制备方法与用途

技术领域

[0001] 本发明属于废气处理技术领域，具体涉及一种废气处理催化剂及其制备方法与用途。

背景技术

[0002] 目前，大气污染是全球最突出的环境问题之一，其中，汽车尾气和工业有机废气是大气污染物的主要来源，例如，一些化学行业、石化、有机合成反应设备排气、印刷行业印墨中有机溶剂、机械行业机械喷漆、金属制品产生的气味、汽车行业汽车的喷漆、干燥炉铸件生产设备排气以及五金、家私厂喷涂设备排气等均会产生化学废气。这些汽车尾气和工业有机废气一方面物进入大气后，在一定条件下形成光化学烟雾，造成二次污染。此外，会在紫外线的照射下与臭氧发生光化学反应，造成臭氧层空洞，且废气还会引起温室效应；另一方面，这些汽车尾气和工业有机废气会对人体的健康造成严重危害，如这些废气可通过呼吸道和皮肤进入人体，能给人的呼吸、血液、肝脏等系统和器官造成暂时性和永久性病变，尤其是苯并芘类多环芳烃能使人体直接致癌，危害人体健康。因此，减少汽车尾气和有机废气污染、保护大气环境质量，实现生态环境和社会的可持续发展，保证人类健康，是目前及未来相当长时间内我国环境保护的重要课题之一。

[0003] 例如，中国专利文献CN103349979A公开了一种适用于汽车尾气净化、有机废气消除和天然气催化燃烧等废气净化或催化燃烧的氧化铝催化材料，该氧化铝催化材料，由氧化铝与氧化镧组成，其中氧化镧的质量含量为3％～5％，其余为氧化铝。

[0004] 但上述技术的氧化铝催化材料对于汽车尾气净化、有机废气消除或天然气催化燃烧的效果并不理想。因此，如何对现有的废气处理催化剂进行改进以克服上述不足，这对于本领域技术人员而言是一个亟待解决的技术难题。

发明内容

[0005] 本发明提供了一种废气处理催化剂，该催化剂适用于汽车尾气净化、有机废气消除和天然气催化燃烧废气的净化或催化燃烧，本发明并进一步提供了其制备方法与用途。

[0006] 本发明解决上述技术问题采用的技术方案为:

[0007] 本发明的第一方面，提供一种废气处理催化剂，包括氧化铝载体和负载于所述氧化铝载体上的活性组分，

[0008] 所述氧化铝载体包括δ-Al2O3、θ-Al2O3和α-Al2O3中的至少两种晶相的载体；优选地，本发明的氧化铝载体包括δ-Al2O3、θ-Al2O3和α-Al2O3三种晶相。三者之间的比例不特别限定，可为任意比例。

[0009] 所述活性组分为氧化镧和杂多酸。

[0010] 上述废气处理催化剂，优选地，所述杂多酸为磷钨酸、硅钨酸、磷钼酸或硅钼酸中的一种或多种。

[0011] 上述废气处理催化剂，优选地，所述氧化铝载体与所述氧化镧、所述杂多酸的质量比为100:(3.5～5):(10～35)，优选100:(3.8～4):(11～30)。

[0012] 本发明的第二方法，提供了上述废气处理催化剂的制备方法，包括如下步骤:

[0013] (1)载体制备

[0014] 将拟薄水铝石在700～1300℃，优选750～1200℃焙烧3～6.5h，优选4～6h得到所述载体；

[0015] (2)氧化镧在载体上的负载

[0016] 将步骤(1)制得的所述载体与所述氧化镧加入到水中，得浆液A；

[0017] 将所述浆液A球磨至D50为2～4μm，优选2.5～3.5μm，然后干燥，在600～650℃，优选620～640℃下焙烧2～3h，优选2.5～2.8h，得负载有氧化镧的氧化铝载体；

[0018] (3)杂多酸在载体上的负载

[0019] 向步骤(2)制得的负载有氧化镧的氧化铝载体的表面喷洒杂多酸水溶液，而后干燥，即制得所述废气处理催化剂。

[0020] 优选地，上述制备方法的步骤(1)中，所述拟薄水铝石的孔容为0.3～0.7g/mL，优选0.4～0.6g/mL。

[0021] 优选地，上述制备方法的步骤(2)中，将步骤(1)制得的所述载体与所述氧化镧加入到水中，在80～100℃，优选90～95℃下搅拌1～4h，2～3h，得浆液A。

[0022] 优选地，上述制备方法的步骤(2)中，所述载体、所述氧化镧与所述水的质量比为(10～30):(2.2～3.5):100，优选(12～28):(2.5～3.4):100。

[0023] 优选地，上述制备方法的步骤(3)中，所述干燥温度为90～145℃，优选100～140℃、时间为1～3h，优选2～2.5h。

[0024] 本发明的第三方面，提供了上述制备方法制备得到的废气处理催化剂。

[0025] 本发明的第四方面，提供了上述废气处理催化剂或上述制备方法制备得到的废气处理催化剂在废气处理中的用途。

[0026] 本发明的上述技术方案具有如下优点:

[0027] (1)本发明的废气处理催化剂，一方面，氧化铝载体包括至少两种晶相的载体，混合晶相的氧化铝载体相比单一晶相的氧化铝载体具有更大的比表面积，由此可提高活性组分在载体上的负载量，同时使得活性组分在载体上分散更加均匀；另一方面，较大的比表面积可以防止活性组分的团聚和烧结，延长催化剂的使用寿命；此外，活性组分氧化镧和杂多酸与氧化铝载体共同作用，适用于汽车尾气净化、有机废气消除和天然气催化燃烧等废气净化或催化燃烧。

[0028] (2)本发明所述的废气处理催化剂的制备方法通过对氧化铝载体和氧化镧进行水解处理，水热合成镧改性氧化铝，加强了氧化铝与氧化镧相互作用，最后将负载有氧化镧的氧化铝载体进行杂多酸的负载。上述制备方法具有工艺简单，无废水处理，易于工业生产等优势。

具体实施方式

[0029] 下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

[0030] 建议对发明内容进行详细说明。

[0031] 实施例1

[0032] 本实施例提供的废气处理催化剂的制备方法包括如下步骤:

[0033] (1)载体制备

[0034] 称取30g孔容为0.5g/mL的拟薄水铝石在850℃焙烧4.5h得到δ-Al2O3和θ-Al2O3的混合晶相的氧化铝载体；

[0035] (2)氧化镧在载体上的负载

[0036] 取20g步骤(1)制得的氧化铝载体与3g氧化镧加入到100mL水中，在90℃下搅拌3h，得浆液A；

[0037] 将上述浆液A经球磨至D50为3μm，然后在50℃下干燥2h，在630℃下焙烧2.5h，得到负载有氧化镧的氧化铝载体；

[0038] (3)杂多酸在载体上的负载

[0039] 向步骤(2)制得的负载有氧化镧的氧化铝载体的表面喷洒浓度为0.5mmol/L的磷钨酸水溶液50mL，而后在130℃下干燥2h，即制得所述废气处理催化剂A。

[0040] 在本实施例中，制得的废气处理催化剂A中的氧化铝载体与所述氧化镧、所述杂多酸的质量比为100:4:20。

[0041] 实施例2

[0042] 本实施例提供的废气处理催化剂的制备方法包括如下步骤:

[0043] (1)载体制备

[0044] 称取30g孔容为0.3g/mL的拟薄水铝石在950℃焙烧3h得到θ-Al2O3和α-Al2O3的混合晶相的氧化铝载体；

[0045] (2)氧化镧在载体上的负载

[0046] 取10g步骤(1)制得的氧化铝载体与3.5g氧化镧加入到100mL水中，在80℃下搅拌4h，得浆液A；

[0047] 将上述浆液A经球磨至D50为4μm，然后在50℃干燥2h，在600℃下焙烧3h，得到负载有氧化镧的氧化铝载体；

[0048] (3)杂多酸在载体上的负载

[0049] 向步骤(2)制得的负载有氧化镧的氧化铝载体的表面喷洒浓度为0.5mmol/L的硅钨酸水溶液和浓度为0.5mmol/L的磷钼酸水溶液共50mL，其中，硅钨酸水溶液和磷钼酸水溶液的体积比为1:1，而后在90℃下干燥3h，即制得所述废气处理催化剂B。

[0050] 在本实施例中，制得的废气处理催化剂B中的氧化铝载体与所述氧化镧、所述杂多酸的质量比为100:5:10。

[0051] 实施例3

[0052] 本实施例提供的废气处理催化剂的制备方法包括如下步骤:

[0053] (1)载体制备

[0054] 称取30g孔容为0.7g/mL的拟薄水铝石在750℃焙烧6.5h得到δ-Al2O3、θ-Al2O3和α-Al2O3的混合晶相的氧化铝载体；

[0055] (2)氧化镧在载体上的负载

[0056] 取30g步骤(1)制得的氧化铝载体与2.2g氧化镧加入到100mL水中，在100℃下搅拌1h，得浆液A；

[0057] 将上述浆液A经球磨至D50为2μm，然后在50℃干燥2h，在650℃下焙烧2h，得到负载有氧化镧的氧化铝载体；

[0058] (3)杂多酸在载体上的负载

[0059] 向步骤(2)制得的负载有氧化镧的氧化铝载体的表面喷洒浓度为0.5mmol/L的硅钼酸水溶液50mL，而后在145℃下干燥1h，即制得所述废气处理催化剂C。

[0060] 在本实施例中，制得的废气处理催化剂C中的氧化铝载体与所述氧化镧、所述杂多酸的质量比为100:3.5:35。

[0061] 实施例4

[0062] 本实施例提供的废气处理催化剂的制备方法包括如下步骤:

[0063] (1)载体制备

[0064] 称取30g孔容为0.6g/mL的拟薄水铝石在900℃焙烧5h得到δ-Al2O3和α-Al2O3的混合晶相的氧化铝载体；

[0065] (2)氧化镧在载体上的负载

[0066] 取25g步骤(1)制得的氧化铝载体与2g氧化镧加入到100mL水中，在85℃下搅拌2h，得浆液A；

[0067] 将上述浆液A经球磨至D50为2μm，然后在50℃干燥2h，在640℃下焙烧2.9h，得到负载有氧化镧的氧化铝载体；

[0068] (3)杂多酸在载体上的负载

[0069] 向步骤(2)制得的负载有氧化镧的氧化铝载体的表面喷洒浓度为0.5mmol/L的硅钨酸水溶液50mL，而后在100℃下干燥2.5h，即制得所述废气处理催化剂D。

[0070] 在本实施例中，制得的废气处理催化剂D中的氧化铝载体与所述氧化镧、所述杂多酸的质量比为100:3.8:13。

[0071] 实施例5

[0072] 本实施例提供的废气处理催化剂的制备方法包括如下步骤:

[0073] (1)载体制备

[0074] 称取30g孔容为0.7g/mL的拟薄水铝石在700℃焙烧3h得到δ-Al2O3和α-Al2O3的混合晶相的氧化铝载体；

[0075] (2)氧化镧在载体上的负载

[0076] 取30g步骤(1)制得的氧化铝载体与2.8g氧化镧加入到100mL水中，在95℃下搅拌2h，得浆液A；

[0077] 将上述浆液A经球磨至D50为3μm，然后在50℃干燥2h，在610℃下焙烧2.3h，得到负载有氧化镧的氧化铝载体；

[0078] (3)杂多酸在载体上的负载

[0079] 向步骤(2)制得的负载有氧化镧的氧化铝载体的表面喷洒浓度为0.5mmol/L的硅钨酸水溶液50mL，而后在145℃下干燥1h，即制得所述废气处理催化剂E。

[0080] 在本实施例中，制得的废气处理催化剂E中的氧化铝载体与所述氧化镧、所述杂多酸的质量比为100:3.8:13。

[0081] 对比例1

[0082] 中国专利文献CN 103349979A制备得到的氧化铝催化材料，其制备方法如下：

[0083] 将孔径为0.31g/ml、固含量为70％的拟薄水铝石135.7kg、氧化镧3kg加入到1250kg纯水中，加热至80℃搅拌4h；经球磨至D50为2μm，然后经70℃干燥20h，700℃下焙烧
4h，得所述的氧化铝催化材料。

[0084] 该材料的组成为，氧化镧3％，氧化铝97％。

[0085] 实验例1

[0086] 采用固定床反应器作为汽车尾气催化燃烧装置对本发明实施例1～5制得的废气处理催化剂与对比例1制得的氧化铝催化材料进行活性评价，具体测定条件为:将所制得的催化剂A～E与对比例1制得的氧化铝催化材料破碎成40～60目，测量的汽车尾气中CO浓度-1为5.0％(V)，NO浓度为3.0％(V)。在空速为25000h ，温度为200℃的条件下，测定CO和NO的转化率。结果如表1所示。

[0087] 表1汽车尾气中CO和NO的转化率

[0088]  催化剂 CO转化率(％) NO转化率(％)
实施例1 废气处理催化剂A 90 80
实施例2 废气处理催化剂B 88 82
实施例3 废气处理催化剂C 87 80
实施例4 废气处理催化剂D 89 86
实施例5 废气处理催化剂E 90 85
对比例1 氧化铝催化材料 69 71

[0089] 由表1可知，本发明制备得到的废气处理催化剂的对汽车废气的催化转化效果较好。

[0090] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。