[發明專利]一種硅藻土復合催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011350694.3
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN113145111B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 劉鋼;石少真;閆雪蘭;鄒永存
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B01J23/44
• 分類號: B01J23/44;B01J23/63;B01J23/656;B01J23/66;B01J23/68;B01J23/89;B01D53/86;B01D53/72;B01D53/62
• 代理公司: 北京專贏專利代理有限公司 11797
• 代理人: 于剛

本發明適用于催化劑技術領域，提供了一種硅藻土復合催化劑及其制備方法和應用，該硅藻土復合催化劑以堿性溶液改性的硅藻土為載體；所述載體上負載有至少一種貴金屬元素作為活性組分，以及至少一種非貴金屬元素作為催化劑助劑。本發明可制得高活性和高穩定性的硅藻土復合催化劑，該硅藻土復合催化劑具有相對低的貴金屬活性組分和非貴金屬助劑含量，其發達的孔隙結構能夠有效捕獲和消除污染物，無需加熱或光照等操作便可室溫有效消除一氧化碳、甲醛或二者的混合氣體，適用于多種空氣凈化裝置。另外，本發明所采用的制備方法操作簡便，普適性強，原料廉價易得，適用于工業催化劑的規模化制備。

技術領域

本發明屬于催化劑技術領域，尤其涉及一種硅藻土復合催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

目前空氣污染已成為全球主要的環境問題。許多物質會造成空氣污染，包括一氧化碳(CO)，甲醛，顆粒物，臭氧，二氧化氮，煙塵，二氧化硫，有機染料等，其中CO和甲醛是最常見的污染物。CO具有毒性，較高濃度時能使人出現不同程度中毒癥狀。而甲醛為對人體皮膚黏膜的刺激作用極大。因此暴露于空氣中的CO和甲醛不僅會帶來環境污染，甚至威脅人類的生命健康。CO通常是由于化石燃料燃燒不完全和汽車冷啟動階段的尾氣排放而產生的。裝修材料或者在裝修過程所使用的膠黏劑會釋放甲醛。因此CO氧化和甲醛消除是一個關鍵性的挑戰，需要更有效的解決方案。

近年來，催化氧化法作為CO和甲醛低溫消除的有效手段受到科研人員的廣泛關注。催化劑作為該方法的核心被廣泛開發，人們已經做出了許多努力來探索具有出色的低溫活性和穩定性的CO和甲醛消除催化劑。

在涉及的各種非均相催化劑中，負載型金屬催化劑，尤其是貴金屬催化劑例如Pt，Pd，Au和Ru納米催化劑顯示出顯著的低溫催化活性。但是，由于貴金屬成本高，因此開發的催化劑中有很大一部分在實際條件下使用受限。例如，CN101879446A中合成的催化劑活性組分Pt的質量分數為0.5～5％；CN102886273B使用質量百分比組成為0.25～25％的金屬氧化物和1～10％的納米銀作為活性組分；CN107774245A中催化劑所用貴金屬活性組分高達3.5～7.0wt％，上述CO低溫消除催化劑的貴金屬活性組分負載量大，故成本過高很難規模化應用。金屬氧化物基催化劑(Co₃O₄，MnO_x等)也引起了科研人員廣泛的興趣，但往往氧化過程會導致活性成分的損失并降低催化劑的活性和穩定性。CN101954283B中所用的活性組分金屬氧化物含量高達83％，大大提高了催化劑的成本，同時喪失了硅藻土作為載體的意義。助劑的添加往往提高了催化劑活性。但助劑的添加量普遍很高，在一定程度上也提升了催化劑的成本。CN101879454B開發的催化劑中助劑Fe的質量是載體質量的3％～24％。目前開發的大部分催化劑僅能應用于單一污染物消除，大大提高了催化劑的局限性。CN105289298B公開的“一種室溫下消除甲醛的催化模塊及其制備方法”僅適用于室溫消除甲醛，且在較長時間內不能完全降解甲醛。CN101954283B公開的“一種常溫消除一氧化碳的硅藻土催化劑及其制備方法”中的催化劑僅能應用于CO室溫消除且穩定性未知，故很難應用于工業生產。CN102284285A中提到了一種“用于空氣凈化器中同時消除甲醛和一氧化碳的高效冷觸媒”，該冷觸媒合成過程中添加的助劑和貴金屬的含量相較于本發明略偏高，并且所用載體為蜂窩陶瓷或多孔泡沫金屬，相較于硅藻土價格偏高，從而提高了催化劑的成本。CN106391007B中公開的“一種用于常溫常濕條件下催化消除一氧化碳和甲醛的催化劑及其制備方法”，貴金屬活性組分占催化劑總質量的0.1％～5％，在一定程度上也提高了催化劑的成本。因此，開發同時用于CO和甲醛室溫消除的高性能，價格合理且穩定的可應用于工業生產的催化劑仍然具有挑戰性。