[發(fā)明專利]一種用于微波加熱催化氧化VOCs的碳化硅改性催化劑及其制備方法

有效

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• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107961804B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡將軍;劉芬
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22;B01D53/86;B01D53/44
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 薛玲

本發(fā)明屬于無機催化材料領(lǐng)域，涉及一種用于微波加熱條件下甲苯催化氧化的碳化硅改性催化劑及其制備方法。先對載體進行SiC摻雜，再用共沉淀法在改性載體上負(fù)載活性組分助劑CeO₂。該催化劑的優(yōu)點是：改變碳化硅與催化劑的結(jié)合方式，催化劑升溫更快更均勻；顯著降低催化氧化溫度，并提高效率；減少碳化硅材料用量，節(jié)約成本；耐燒結(jié)、易再生；原料易得，制備方法簡單，技術(shù)工藝易于實施，利于工程化應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳化硅改性降解VOCs的催化劑及其制備方法，屬于無機催化材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟建設(shè)的加快，工業(yè)企業(yè)的迅速發(fā)展，揮發(fā)性有機物(VOCs)的排放日漸增加，嚴(yán)重威脅到公眾健康和生存環(huán)境。目前催化氧化是VOCs廢氣處理技術(shù)的主流技術(shù)之一。最常采用的加熱方式是電加熱，使反應(yīng)溫度達(dá)到200-450℃。普通管式爐加熱反應(yīng)時熱能由表及里傳播，致使樣品加熱不均勻；放出的熱量來不及散失，使得催化劑組份發(fā)生燒結(jié)和團聚現(xiàn)象，改變了催化劑孔道結(jié)構(gòu)，從而影響催化劑活性而降低了VOCs的轉(zhuǎn)化率；電加熱熱損失大能耗高。微波加熱具有快速、均勻加熱，穿透性強，無滯后性、高效節(jié)能等優(yōu)點，利用微波加熱替代傳統(tǒng)電加熱，將有助于保持催化劑的穩(wěn)定性和高活性，以此來提高目標(biāo)物的催化氧化降解效果。微波也具有誘導(dǎo)催化的作用，且顯著降低反應(yīng)溫度，還能夠改變分子間的相互作用力，使化學(xué)反應(yīng)速率更快、產(chǎn)率更高甚至可以改變產(chǎn)物的性能。

微波加熱具有選擇性，吸波材料常用作催化劑的墊層吸收微波升溫達(dá)到加熱進氣的作用。若要在微波場中使催化劑更有效地利用微波能來提高催化氧化的效率，需要借助非反應(yīng)活性相的吸波物質(zhì)；另一方面若要降低能耗并提高催化氧化效率，吸波材料與催化劑以何種方式配合尤為重要。碳化硅(SiC)的吸波能力最強，能迅速將微波能轉(zhuǎn)化為熱能。但是目前市售的SiC材料比表面積很小，限制了其作為催化劑載體的使用。高比表面積SiC材料的制備條件相當(dāng)嚴(yán)苛，僅限于實驗室研究水平，因而限制了其作為催化劑載體的使用。目前，碳化硅材料僅作為催化劑的墊層或與其他載體形成復(fù)合催化劑而被研究。

活性氧化鋁由于比表面積大、吸附性能好、熱穩(wěn)定等優(yōu)點而被廣泛地用作催化劑的載體。本發(fā)明利用高氧化性及強耐高溫的強吸波材料碳化硅對氧化鋁載體進行改性，改善碳化硅與催化劑的結(jié)合方式，有效減少碳化硅的用量，使催化劑更有效地利用微波能來提高催化氧化的效率，獲得更高效的反應(yīng)條件，提高VOCs的催化氧化效率。

目前對VOCs催化氧化技術(shù)的研究主要集中在制備低溫高活性催化劑。傳統(tǒng)的催化劑有貴金屬催化劑、過渡金屬催化劑和鈣鈦礦型催化劑等。貴金屬催化劑催化活性高，起燃溫度低，但價格昂貴，活性組分易燒結(jié)失活。過渡金屬氧化物催化劑價格低廉，低溫活性較高，但完全轉(zhuǎn)化溫度較高。鈣鈦礦型催化劑及其混合或復(fù)合氧化物催化劑耐高溫?zé)Y(jié)，材料來源廣泛，但低溫活性不足，起燃溫度較高。

過渡金屬氧化物中Cu、Mn、Co、Cr、V、Ce、Zr等金屬氧化物對VOCs的催化燃燒都具有很好的活性，一些催化劑的活性甚至超過了貴金屬催化劑，而雙組份過渡金屬催化劑由于形成特殊結(jié)構(gòu)或協(xié)同作用，可以獲得更加良好的催化性能。