[發明專利]一種整體式催化劑及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202111024882.1
• 申請日: 2021-09-02
• 公開（公告）號: CN115722225A
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 陳運法;張樂;王安琪;關健;韓寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;B01J23/34;B01J23/72;B01J23/755;B01D53/86;B01D53/66
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 邊人洲

本發明提供了一種整體式催化劑及其制備方法與應用。所述整體式催化劑包括催化劑載體和鋁基尖晶石。所述制備方法包括如下步驟：(1)混合過渡金屬鹽、鋁鹽和水，水浴攪拌后得到混合溶液；(2)混合pH調節溶液和步驟(1)所得混合溶液，水浴攪拌后得到鋁基尖晶石的前驅體；(3)將催化劑載體浸漬到步驟(2)所得鋁基尖晶石的前驅體中，取出靜置后得到催化劑前驅體；(4)將步驟(3)所得催化劑前驅體，依次進行干燥、保護氣氛下煅燒后得到所述整體式催化劑。所述整體式催化劑包含有鋁基尖晶石，其前驅體為膠體，在制備過程中可直接將催化劑載體浸漬在膠體中，無需添加粘結劑或增稠劑，且生產過程中不產生任何廢液，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及空氣污染領域，涉及一種催化劑，尤其涉及一種整體式催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

高空平流層的臭氧可吸收紫外線，保護地球動、植物免受紫外線的傷害。然而低空臭氧卻是一種對生物有殺傷作用的有害氣體，是夏季紫外線強時空氣中的主要污染物之一。臭氧雖熱力學不穩定，但在沒有紫外線輻射或催化劑的情況下在250℃以下分解緩慢。因此，需要開發臭氧降解催化劑以治理空氣中的臭氧污染。

粉體催化劑在實際應用時，通常需要進一步制成顆粒或者涂覆在多孔載體上，使得整體式催化劑的制備步驟繁瑣。傳統的顆粒狀催化劑存在著催化劑床層壓降大，反應物在催化劑顆粒表面分布不均勻以及催化劑床層各點溫度梯度大等明顯缺點。整體式催化劑由于其尺寸小、壓降低、傳質傳熱高效，放大效應小等優點，較粉末催化劑和顆粒催化劑在應用中更具優勢。

目前整體式催化劑制備方法通常是在蜂窩狀基底上涂覆活性組分(通常包含貴金屬及金屬氧化物)制成。即以蜂窩狀基體為載體，將催化劑活性組分粉末與一定量的水、粘結劑按照一定比例配成涂覆漿料，再進行浸漬涂覆，從而獲得整體式催化劑。該方法操作簡便，但是存在活性組分涂覆不均勻，活性組分容易被粘結劑覆蓋，催化劑陶瓷涂層與基體由于熱膨脹系數不匹配導致涂層在金屬基體上牢固度不高等缺點。

目前無粘結劑整體式催化劑制備主要是分子篩型催化劑，CN 111111752A公開了一種無粘結劑整體式催化劑，其制備方法主要是在成型分子篩中加入一定質量比例的硅溶膠，鋁溶膠粘結劑，再經過老壞、晶化過程將粘接劑轉化成分子篩有效組分。雖然最終的催化劑中粘接劑含量低于5％，但在制備過程中仍需加入粘接劑，導致工藝復雜，且活性組分易被覆蓋。

CN 111672506A公開了一種將前驅液液化后通過火焰場，經熱泳在金屬基體上沉積形成涂層，得到金屬基整體式催化劑的方法，該方法雖未使用粘接劑，但需將前驅液霧化并通過火焰場，反應溫度高達上千攝氏度，制備條件苛刻且能耗大。

CN 111774068A公開了一種電化學沉積方法，將活性組分錳利用電沉積方法沉積到接在工作電極的泡沫鎳上，干燥焙燒后得到整體式催化劑。該方法原位生長使得活性組分分散性較好，但對載體得導電性有一定得要求，且難以實現大規模生產。

CN 109107578A公開了一種用于催化氧化VOCs的整體式催化劑的制備方法，將Co/Al水滑石前驅體研磨后分散至由水、乙二醇和檸檬酸制得的膠體中，堇青石浸入該膠體后烘干焙燒。但該方法需將前驅體研磨成均勻粉末，配制特定質量分數的膠體，工藝流程復雜。

目前，已經有較多的制備整體式催化劑的方法，但是在工業環境中的運用有很大的挑戰。如電化學沉積法對載體的導電性有很高的要求，且無法實現大規模工業生成；沉積沉淀法過程控制十分精細、繁瑣，在工業環境中往往無法得到保證；水熱合成法過程耗時長，且需要產生大量廢液。

因此，開發具有高臭氧分解活性、工藝簡單、環保、易操作、可工業化生產的整體式催化劑，具有非常重要的環境意義。

發明內容