[發明專利]一種氧化鈰/HZSM-5分子篩復合催化材料及其制備方法和在分解四氟化碳中的應用

有效

• 申請號: 201911069962.1
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110813366B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 劉恢;陳世杰;沈峰華;廖祖武;鄭諧;劉操;劉雨程;向開松;李青竹;王海鷹;楊志輝
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B01J29/40
• 分類號: B01J29/40;B01D53/86;B01D53/70
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

本發明公開了一種氧化鈰/HZSM?5分子篩復合催化材料及其制備方法和在催化分解四氟化碳中的應用，該復合催化材料由氧化鈰負載在HZSM?5分子篩上構成，該催化劑可在溫和條件下實現四氟化碳高效催化轉化成二氧化碳，解決了傳統四氟化碳分解催化劑在相對較高的溫度下容易失活以及低溫活性不高的缺點。

技術領域

本發明涉及一種復合催化材料，具體涉及一種氧化鈰/HZSM-5分子篩復合催化材料及其制備方法，還涉及氧化鈰/HZSM-5分子篩復合催化材料作為四氟化碳分解催化劑的應用，屬于催化技術領域。

背景技術

四氟化碳是一類氫原子完全被氟原子取代的低碳烴，四氟化碳具有穩定、安全、不自燃、低毒性及常溫下不易引起化學反應等優點，四氟化碳的穩定性主要體現在兩個方面，其一是其結構的高度對稱性，其二是C-F鍵的鍵能極強并且有很強的紅外光吸收能力及熱穩定性，正是由于這兩部分原因造成其在環境中難以分解進而在大氣中的存留壽命相當長。雖然四氟化碳在大氣中的濃度遠低于CO₂，但它對全球溫室效應的影響卻十分深遠：一是穩定性造成的大氣中存留壽命極長 (50000年)；二是溫室效應潛值(全球變暖潛能值(GWP)指數，定義為100 年以上氣體的紅外吸附與二氧化碳當量吸附的比值)相當于CO₂的6500倍。

大氣中四氟化碳的來源主要源自三個方面：鋁工業、半導體工業以及稀土金屬冶煉，其中電解鋁工業以及半導體工業是最為主要的排放源，因此限制鋁電解煙氣中四氟化碳的排放至關重要。目前，溫室效應是人們熱切關注的環境問題，人為排放的氣體導致地球氣候日趨變暖，氣溫升高使冰河融化、兩極冰層縮減、降雨形態改變、颶風、干旱、海嘯等異常現象和自然災害頻繁出現，引起了越來越多的人們對地球變暖問題的關注。1997年12月，149個國家和地區的代表在日本召開的《聯合國氣候變化框架公約》締約方第三次會議上，通過了旨在限制二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)、一氧化二氮(N₂O)、氫氟化碳(HFCs)、全氟化碳(PFCs)、六氟化硫(SF₆)等六種主要溫室氣體排放量的《京都議定書》。我國已于1998年5月29日簽署了該議定書，2005年2月16日，該議定書正式生效。

目前對于全氟化碳排放量的控制可以分為三大類，分別是替代、末端處理以及回收再利用，其中回收再利用以及替代技術主要用于半導體工業中全氟化碳排放控制技術，并不適用于鋁電解煙氣中四氟化碳的處理。對于鋁電解煙氣中四氟化碳的處理通常使用熱催化分解技術，因此開發具備高活性，良好穩定性的催化劑是十分必要的。四氟化碳的熱催化分解技術開始于20世紀90年代，主要涉及的催化劑為金屬磷酸鹽、金屬硫酸鹽、金屬氧化物(主要為氧化鋁)、分子篩、稀土金屬與金屬氧化物、堿金屬以及堿金屬氧化物復合材料等。由于熱催化分解法相對低的催化溫度，受到很多學者的關注，但是限制熱催化分解法繼續發展的一個主要原因是催化過程中會產生HF，進而毒害催化劑，導致其活性降低，喪失催化能力。

分子篩由于其復雜的結構和特性，已經引起了人們的關注。目前，分子篩主要作為一種催化加氫催化劑和吸附劑等。而分子篩的復合材料多作為有機物催化裂解的催化材料等，如中國專利(CN106140266B)公開了一種La₂O₃/ZSM-5復合催化裂解材料及其制備方法，本發明的改性催化劑無論是雙烯收率或者丙烯的選擇性都獲得了顯著的提高。另外，與傳統的浸漬法相比，壽命和雙烯選擇性也明顯提高。在諸多改性條件的選擇中，選用水或水與乙酸混合作為改性元素溶劑的方法效果最好，雙烯收率較高且壽命較長。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是在于提供一種由氧化鈰負載在 HZSM-5分子篩上構成的氧化鈰/HZSM-5分子篩復合催化材料，該催化材料在相對較低的溫度條件下能夠實現煙氣中四氟化碳的高效催化轉化成二氧化碳，解決了傳統四氟化碳分解催化劑在較低溫度條件下活性低和穩定性不好的技術問題。