本发明涉及用于氯乙烯催化燃烧的ptco(x%)/tio2催化剂及其制备方法和应用,具体地说,采用等体积浸渍法制备ptco(x%)/tio2催化剂,属于大气污染控制领域。
背景技术:
1、 含氯挥发性有机化合物(cvocs)是工业过程中的重要中间体,工厂不可避免地会释放这些化合物,对人体健康造成严重危害。目前,我国已针对大气污染物的排放制定了严格的标准。例如,《烧碱、聚氯乙烯工业污染物排放标准》(gb 15581-2016)中明确规定,氯乙烯(vc)的排放浓度限值为10 mg/m3,二氯乙烷(dce)的排放浓度限值为5 mg/m3。
2、 目前,常用的cvocs催化燃烧催化剂大多为负载型贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂、钙钛矿型催化剂及固体酸催化剂等。其中,贵金属催化剂(例如负载的pt,pd和ru催化剂)通常具有较高的催化活性,因而在工业应用中得到广泛关注。铂基催化剂因其独特的氧化还原能力,有利于氯代烃的深度氧化,具有较高催化活性而得到广泛研究。如文献(appl. catal. b-environ., 2012, 127: 159-166)报道的pt/ceo2-al2o3催化剂因形成ce-pt-o固溶体而具有优异的二氯甲烷催化活性,然而由于缺乏酸性位点,特别是布朗斯特酸性位点,铂物种会因为形成的氯物种中毒而失活,且产生大量多氯副产物。tio2因其优异的电子转移能力、热稳定性和酸性而被用于cvocs的有效降解。同时负载型双金属催化剂显示出独特的协同效应,有望通过移除氯物种和减少多氯副产物来维持pt物种的反应性。
3、尽管文献中提到的各种催化剂各有优势,但仍存在一些不可避免的问题。一方面,催化燃烧过程中过度的氧化还原能力易产生多氯副产物,导致二次污染;另一方面,表面氯物种中毒会导致催化剂活性中心失活,从而降低其活性及产生不完全氧化副产物。因此,开发出氧化还原能力和酸性平衡的催化剂具有很大的实际应用前景。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种用于氯乙烯催化燃烧反应的pt基催化剂及其制备方法,以克服现有催化剂存在的不足之处。
2、 本发明所述的用于氯乙烯催化燃烧反应的ptco(x%)/tio2催化剂的组成及其重量百分比含量为:
3、pt 1%
4、co 1~20%
5、tio2 79~98%
6、 本发明所述的用于氯乙烯催化燃烧反应的ptco(x%)/tio2催化剂中的tio2载体,采用溶胶凝胶法制备,具体包括如下步骤:将一定量的钛酸四丁酯溶解在无水乙醇和冰醋酸的混合溶液中,将无水乙醇与水和氨水的混合溶液缓慢滴加到上述溶液中,在25~60 ℃的水浴加热下剧烈搅拌6~12小时,在室温下静置老化12~24小时,之后在80~120 ℃下干燥8~12小时,然后在500 ℃下煅烧2~6小时。
7、 本发明所述的用于氯乙烯催化燃烧反应的ptco(x%)/tio2催化剂,采用等体积浸渍法制备,具体包括如下步骤:将所需量的铂前驱体溶液,硝酸钴和一定量的去离子水混合,缓慢滴加到一定质量的tio2载体上,将该混合物超声搅拌30分钟~2小时,取出并在室温下静置老化12~24小时,在80~120 ℃下干燥8~12小时,然后在500 ℃下煅烧2~6小时。
8、 本发明所述的ptco(x%)/tio2催化剂用于氯乙烯催化燃烧反应中,其催化反应条件为:氯乙烯的浓度为1000~4000 ppm,反应空速为30000~60000 ml·g-1·h-1。
9、本发明的催化剂的制备方法的显著优点在于,采用简单的等体积浸渍法将pt和co共负载在tio2载体上,制备ptco(x%)/tio2催化剂,当钴含量为1%时,pt和co物种被tio2载体的薄覆盖层包裹,使得ptco物种与tio2之间存在强的相互作用,从而可以维持反应前后的催化剂结构,抑制了铂物种的失活,使得催化剂具有较好的活性和稳定性。
10、本发明的催化剂的制备方法的显著优点在于,ptco物种之间的双金属协同作用,与载体间的相互作用产生更多的氧空位,从而增强了催化剂的氧化性能,有利于含氯副产物的深度氧化,同时tio2表面的布朗斯特酸性位点有利于氯物种的移除,使得含氯副产物得到极大的抑制,催化剂的选择性大大提高。
11、本发明的催化剂的显著优点之一在于,不生成毒性更大的多氯副产物,避免二次污染,能在较低的反应温度下将氯乙烯完全氧化为氯化氢或氯气、二氧化碳和水,然后用碱液进行吸收,实现氯乙烯废气的达标排放。
12、本发明的催化剂的显著优点之二在于,采用等体积浸渍法制备ptco(x%)/tio2催化剂,可以显著提高催化剂的活性、选择性和稳定性,同时制备方法简单易行,易于实现工业化。
1. 用于氯乙烯催化燃烧反应的ptco(x%)/tio2催化剂,其特征在于,所述催化剂的组成及其重量百分比含量为:
2. 权利要求1所述的用于氯乙烯催化燃烧的ptco(x%)/tio2催化剂,其特征在于,所述的tio2载体采用溶胶凝胶法制备,具体包括如下步骤:将一定量的钛酸四丁酯溶解在无水乙醇和冰醋酸的混合溶液中,将无水乙醇与水和氨水的混合溶液缓慢滴加到上述溶液中,在25~60 ℃的水浴加热下剧烈搅拌6~12小时,在室温下静置老化12~24小时,之后在80~120 ℃下干燥8~12小时,然后在500 ℃下煅烧2~6小时。
3. 制备权利要求1和权利要求2所述的用于氯乙烯催化燃烧的ptco(x%)/tio2催化剂的方法,其特征在于,该制备方法为等体积浸渍法,具体包括如下步骤:将所需量的铂前驱体溶液,硝酸钴和一定量的去离子水混合,缓慢滴加到一定质量的tio2载体上,将该混合物超声搅拌30分钟~2小时,取出并在室温下静置老化12~24小时,在80~120 ℃下干燥8~12小时,然后在500 ℃下煅烧2~6小时。
4. 权利要求1所述的用于氯乙烯催化燃烧反应的ptco(x%)/tio2催化剂的应用,其特征在于,其催化反应条件为:氯乙烯的浓度为1000~4000 ppm,反应空速为30000~60000ml·g-1·h-1。