[發(fā)明專利]一種芳香化合物催化燃燒催化劑及其制備和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011267607.8
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112264007B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周永華;杜旭弘;林百寧
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: B01J23/44
• 分類號: B01J23/44;B01J23/42;F23G7/07
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 盛武生;魏娟

本發(fā)明屬于環(huán)境催化技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種芳香化合物催化燃燒催化劑，其包括具有細(xì)胞壁陣列結(jié)構(gòu)的木材基底，細(xì)胞壁的骨架表面原位復(fù)合有碳膜以及彌散分布的氧化石墨烯包覆的貴金屬納米顆粒。本發(fā)明還提供了所述的催化劑的制備和在催化芳基化合物例如甲苯氧化降解中的應(yīng)用。本發(fā)明所述的催化劑，具有優(yōu)異的催化活性以及穩(wěn)定性，例如，在催化甲苯時，其起始轉(zhuǎn)化溫度(T₁₀)為75?100℃，完全轉(zhuǎn)化溫度(T₉₀)為135?210℃，顯示出良好的催化活性。此外，本發(fā)明催化劑還具有原料易得、成本低、環(huán)境友好及制備方法簡單的優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境催化領(lǐng)域，涉及一種芳香化合物催化燃燒催化劑。

背景技術(shù)

揮發(fā)性有機化合物(VOCs，Volatile Organic Compounds)是主要的大氣污染物，主要來源于燃料燃燒、工業(yè)制造和溶劑排放，對大氣環(huán)境和人體健康帶來嚴(yán)重危害。芳香化合物，如甲苯，是一種主要的VOCs污染物。作為一種常見的溶劑，甲苯被廣泛應(yīng)用于裝飾材料和油漆涂料等化學(xué)品制造業(yè)。如何將各行業(yè)產(chǎn)生的甲苯廢氣有效轉(zhuǎn)化或去除，具有重要意義。

常見的空氣中甲苯的去除方法有：吸附法、光催化降解法、等離子體降解法、無氧化燃燒法、催化氧化(燃燒)法等。催化氧化法可在較低溫度下利用催化劑的催化氧化性將甲苯轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，具有操作簡單、能耗低、效率髙、無二次污染、適用范圍廣等優(yōu)點，是目前受到世界公認(rèn)的最有效的方式。

甲苯催化燃燒的催化劑，主要有三種：一是負(fù)載型貴金屬催化劑，以Pt、Pd、Au、Ru等貴金屬為代表；二是過渡金屬氧化物催化劑，常見的有V₂O₅、MnOx、Co₃O₄、CeO、CuO、Fe₂O₃等：三是復(fù)合氧化物催化劑，主要是鈣鈦礦型復(fù)合氧化物和尖晶石性復(fù)合氧化物。過渡金屬氧化物和復(fù)合金屬氧化物，價格相對便宜，但存在起燃溫度高、催化活性低的問題。相對而言，負(fù)載型貴金屬催化劑具有更好的催化活性、更低的起燃溫度和完全轉(zhuǎn)化溫度，在催化氧化VOCs領(lǐng)域得到廣泛研究。

用于甲苯催化燃燒的負(fù)載型貴金屬催化劑，研究的重點是提高催化劑活性。一般來說，催化劑的活性越高，甲苯的起燃溫度和完全轉(zhuǎn)化溫度越低。目前的研究方向主要有兩個。一個是合金化，即通過兩種金屬間的相互作用，調(diào)變活性金屬的表面電子性質(zhì)，提高催化活性；另一個是增大金屬的分散度，即通過改變載體類型和優(yōu)化負(fù)載方法，提高金屬的分散度，提高催化活性。例如，專利CN101733165A、CN201110064279和CN201610223024.2報道了以堇青石和氧化鋁作為載體制備Pd和Pt整體式催化劑，在溫度為182-250℃時，對甲苯的轉(zhuǎn)化率達(dá)99％。而且，Pd和Pt相比，Pd具有成本低的優(yōu)點，是工業(yè)生產(chǎn)與應(yīng)用的最佳活性組分之一。CN 109225319以SAPO-34分子篩為載體制備了Pt/SAPO-34分子篩催化劑，140℃-250℃下，甲苯催化燃燒。CN106362736報道了一種低負(fù)載量0.05％以下Pd@Pt/Al₂O₃核殼結(jié)構(gòu)催化劑，使得甲苯在約150℃下起燃，220℃完全轉(zhuǎn)化。CN108906039A報道了一種低負(fù)載量的Au@Pt/Al₂O₃核殼結(jié)構(gòu)催化劑，在210℃將甲苯完全氧化。

綜上，現(xiàn)有的甲苯催化氧化催化劑還存在著起燃溫度(T₁₀)和完全轉(zhuǎn)化溫度(T₉₀)溫度較高的不足。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有芳香化合物催化燃燒催化劑存在催化性能不理想，起燃溫度和完全轉(zhuǎn)化溫度高的技術(shù)不足，本發(fā)明第一目的在于，提供一種芳香化合物催化燃燒催化劑(本發(fā)明也簡稱為催化劑)，旨在提供一種具有優(yōu)異催化活性，較低起燃溫度和完全轉(zhuǎn)化溫度的全新催化劑。

本發(fā)明第二目的在于，提供所述的催化劑的制備方法。