[發明專利]一種憎水結構化催化材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201910341065.5
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN110026231A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 張勁松;矯義來;管亞男;劉強
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B01J29/035
• 分類號: B01J29/035;B01J29/76;B01J29/14;B01J29/04;B01J27/224;B01J29/85;B01J29/78;B01J35/10;F23G7/07
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明屬于環保催化劑制備及應用領域，具體為一種憎水VOCs催化氧化結構化催化材料及其制備方法和在催化燃燒中的應用。該催化材料采用多孔結構碳化硅為載體，或采用表面修飾有碳化硅晶須的多孔結構碳化硅作為載體，在其表面負載憎水氧化物涂層作為二次載體，在二次載體表面負載具有一維、二維或多級孔結構的金屬氧化物、貴金屬或兩者的混合物作為活性組分，構成結構化催化材料。該催化劑具有優良的憎水性，當水蒸氣存在時，其催化活性受水蒸氣的影響很小，表現出很強的抗水蒸氣影響的能力。該催化劑可以直接用于催化燃燒，也可以采用先吸附低濃度有機污染物，然后脫附、原位催化轉化的技術路線。

技術領域

本發明屬于環保催化劑制備及應用領域，具體為一種憎水VOCs催化氧化結構化催化材料及其制備方法和在催化燃燒中的應用。

背景技術

催化燃燒法始于20世紀40年代，是將有機物通過催化劑的作用，在較低的溫度下(在500℃以下，某些情況下在300℃以下)完全氧化。由于催化氧化法具有適用VOCs(volatile organic compounds，揮發性有機物)濃度范圍寬、節能環保、產物易于控制等優點，目前已成為凈化可燃性含碳氫化合物和惡臭氣體的有效手段。

催化燃燒技術的核心是催化劑，用于催化燃燒VOCs的催化劑的活性組分可分為貴金屬、非貴金屬氧化物。雖然貴金屬催化劑催化活性高、選擇性好、起燃溫度低，但是價格昂貴，資源短缺影響其大范圍應用。非貴金屬氧化物催化劑主要有鈣鈦礦型、尖晶石型以及金屬復合型，其優點是價格相對較低，也表現出很好的催化性能，但其不足之處在于催化活性相對較低，起燃溫度較高。然而，目前許多催化劑在實際工業中應用時，無論是貴金屬還是非貴金屬催化劑，有機廢氣中存在的水蒸氣會對其催化活性產生負面影響，這是由于水分子在催化劑表面的活性位上形成競爭吸附，導致催化劑催化燃燒揮發性有機污染物的活性急劇下降，效率降低而致使運行成本升高。目前，人們已發現有機廢氣中的水蒸汽會對催化燃燒的反應效率產生明顯的負面作用，但卻仍未能解決這一關鍵問題。因此，研究出高憎水性的、高活性、低成本的復合型非貴金屬催化劑已成為這個領域的主要趨勢，這對于解決我國南方潮濕環境下得揮發性有機污染物的治理具有重要的現實意義。

分子篩作為催化劑、催化劑載體、干燥劑及吸附劑己廣泛用于化學工業中。近年來，無機疏水材料得到進一步發展，新型材料以Si-O-Si為骨架形成，吸附微孔被氧原子所包圍，Si-O-Si鍵中的氧原子不易形成氫鍵，從而微孔表面表現出疏水特性。材料具有不可燃性，在900℃下焙燒2小時，其結晶度不變。材料孔徑均勻、微小、化學穩定性好，它本身不具有催化特性。如果將催化活性組分負載于其表面，可以增強催化劑的疏水性能，提高對有機物的選擇性吸附，提高催化劑對高濕度VOCs的催化氧化性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種憎水VOCs催化氧化結構化催化材料及其制備方法和在催化燃燒中的應用，解決水分子與有機物在催化劑表面的活性位上競爭吸附，導致催化劑催化燃燒揮發性有機污染物的活性急劇下降，效率降低而致使運行成本升高的問題。

本發明的技術方案是：

一種憎水結構化催化材料，該催化材料采用多孔結構碳化硅為載體，或采用表面修飾有碳化硅晶須的多孔結構碳化硅作為載體，在其表面負載憎水氧化物涂層作為二次載體，在二次載體表面負載具有一維、二維或多級孔結構的金屬氧化物、貴金屬或兩者的混合物作為活性組分，構成結構化催化材料。

所述的憎水結構化催化材料，憎水氧化物為MFI型沸石、Y型沸石、beta型沸石、A型沸石、X型沸石、MWW型沸石、MOR型沸石、鋁磷酸微孔分子篩、MCM-41分子篩、SBA-15分子篩或介孔氧化硅沸石分子篩中的一種或兩種以上混合物。