整体式催化剂坯体及其制备方法和应用

本发明涉及整体式催化剂和挥发性有机物(volatile organic compounds，vocs)净化的，具体而言，涉及整体式催化剂坯体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在vocs尾端处理技术中，催化氧化法具有净化效率高、适应性强等优点，在工业上得到了广泛应用。但是，目前市面上的vocs催化剂绝大多数是贵金属基，贵金属价格昂贵，且在高温环境下容易烧结，并且其低温活性还不是很理想。因此，开发成本低、低温催化活性优异并且能够适用工况条件的vocs催化剂尤其重要。

2、如果采用贱金属代替贵金属，其成本就能大大降低。并且，传统粉末或者颗粒式vocs催化剂在工业化应用中由于压力损失大、粉化堵塞等原因受到诸多限制，而整体式催化剂能够很好地适应vocs尾端的工况条件。

3、碳基材料具有丰富的孔结构，能够提供大量的吸附和活性位点，一直被认为是理想的低温vocs催化剂中贱金属的载体材料。将贱金属和碳基材料涂覆到多孔骨架上形成整体式催化剂能够满足vocs催化剂对成本、低温活性、工况适应性等多方面的要求。

4、但是，碳基材料难以涂覆，涂层与多孔骨架的结合力弱，导致所形成涂层的结构强度低，涂层稳定性差，在工业化应用中容易发生粉化，甚至结构坍塌和脱落，因此，制备整体式催化剂的难度很大，且低温催化活性仍不理想。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供整体式催化剂坯体及其制备方法和应用，以解决现有技术中碳基材料难以涂覆、涂层稳定差和低温催化活性较差的技术问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了整体式催化剂坯体，技术方案如下：

3、整体式催化剂坯体，包括支撑骨架和依次负载于支撑骨架表面的：

4、过渡层，所述过渡层由包括第一粘接剂、固化剂、改性剂的过渡浆料涂覆并干燥而成；

5、第一催化层，所述第一催化层由包括第二粘接剂、活性炭、第一活性金属前驱体的第一催化浆料涂覆并干燥而成；

6、第二催化层，所述第二催化层由包括第二粘接剂、活性炭、第二活性金属前驱体的第二催化浆料涂覆并干燥而成。

7、作为本发明第一方面的进一步改进：所述支撑骨架为堇青石；所述第一粘接剂为硅溶胶、铝溶胶、锆溶胶、黏土中的任意几种；所述固化剂为玻璃纤维、硅微粉、沥青、高岭土中的任意几种；所述改性剂为柠檬酸、草酸、硝酸、盐酸、醋酸中的任意几种；所述第二粘接剂为硅溶胶、铝溶胶、煤焦油、沥青、黏土中的任意几种；所述第一活性金属前驱体和/或第二活性金属前驱体含有至少两种金属盐，所述第一活性金属前驱体和第二活性金属前驱体中的金属种类完全不同或部分相同。

8、作为本发明第一方面的进一步改进：所述第二活性金属前驱体的金属种类多于第一活性金属前驱体中的金属种类；并且/或者，第二催化层中第二活性金属前驱体的摩尔含量大于第一催化层中第一活性金属前驱体的摩尔含量。

9、为了实现上述目的，根据本发明的第二个方面，提供了整体式催化剂坯体的制备方法，技术方案如下：

10、整体式催化剂坯体的制备方法，包括以下步骤：

11、(1)配置过渡浆料；然后将过渡浆料沿第一方向涂覆到支撑骨架上，然后干燥形成过渡层；

12、(2)配置第一催化浆料；然后将第一催化浆料沿第二方向涂覆到过渡层上，然后干燥形成第一催化层；

13、(2)配置第二催化浆料；然后将第二催化浆料沿第三方向涂覆到第一催化层上，然后干燥形成第二催化层，即得到整体式催化剂坯体。

14、作为本发明第二方面的进一步改进：

15、步骤(1)中，20～35g第一粘接剂、2～4g固化剂、4～6ml改性剂和2～4ml去离子水经球磨分散得到过渡浆料，过渡层的干上载量为32～38g/l；

16、步骤(2)中，25～35g活性炭、8～20ml水、20～24mmol第一活性金属前驱体、15～25g第二粘接剂经球磨分散得到第一催化浆料，第一催化层的干上载量为20～50g/l；

17、步骤(3)中，25～35g活性炭、8～20ml水、25～40mmol第二活性金属前驱体、15～25g第二粘接剂经球磨分散得到第二催化浆料，第二催化层的干上载量为40～70g/l。

18、作为本发明第二方面的进一步改进：

19、步骤(1)和步骤(2)中的干燥为在65～75℃下干燥8～12分钟；

20、步骤(3)中的干燥分为三个阶段，首先在65～75℃下干燥8～16小时，然后在80～90℃下干燥8～16小时，最后在100～120℃下隔绝空气条件下干燥8～16小时。

21、作为本发明第二方面的进一步改进：第一方向和第二方向不相同，并且/或者，第二方向和第三方向不相同。

22、为了实现上述目的，根据本发明的第三个方面，提供了整体式催化剂的制备方法，技术方案如下：

23、整体式催化剂的制备方法，包括以下步骤：

24、获取上述第一方面所述的整体式催化剂坯体；或者获取由上述第二方面所述的制备方法制备得到的整体式催化剂坯体；

25、对整体式催化剂坯体进行焙烧处理，即得到整体式催化剂。

26、作为本发明第三方面的进一步改进：将干燥后的整体式催化剂坯体置于上端敞口的瓷质容器内，用细沙将空隙部分填满，置于惰性气体气氛炉中焙烧。

27、作为本发明第三方面的进一步改进：所述焙烧处理在氮气气氛下进行，焙烧温度为400～500℃，焙烧时长为2～4小时。

28、为了实现上述目的，根据本发明的第四个方面，提供了整体式催化剂，技术方案如下：

29、整体式催化剂，由上述第三方面所述的制备方法制备得到。

30、为了实现上述目的，根据本发明的第五个方面，提供了vocs的净化方法，技术方案如下：

31、vocs的净化方法，采用上述第四方面所述的整体式催化剂低温吸附并催化氧化vocs分解。

32、本发明具有以下优点：

33、首先，所设置的过渡层能产生多孔锚定特殊结构，可以很好地将多孔骨架和含碳催化层牢固地嵌连在一起，对含碳催化层的粘附稳定性具有明显的促进作用，可以显著降低粉化率和脱落率。经验证，设有过渡层的整体式催化剂的催化层脱落率低至2.05％，相对于未设置过渡层的整体式催化剂的催化层脱落率降低了25％以上。

34、其次，含碳催化层包括第一催化层和第二催化层，第一催化层和第二催化层之间产生协同催化作用，可以促进催化作用尤其是vocs的催化氧化，提升低温催化性能。经验证，本发明的整体式催化剂催化甲苯燃烧分解的t90(转化率达到90％时的温度)低至189℃，表现出优异的低温催化活性。

35、下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.整体式催化剂坯体，包括支撑骨架，其特征在于：还包括依次负载于支撑骨架表面的：

2.如权利要求1所述的整体式催化剂坯体，其特征在于：所述支撑骨架为堇青石；所述第一粘接剂为硅溶胶、铝溶胶、锆溶胶、黏土中的任意几种；所述固化剂为玻璃纤维、硅微粉、沥青、高岭土中的任意几种；所述改性剂为柠檬酸、草酸、硝酸、盐酸、醋酸中的任意几种；所述第二粘接剂为硅溶胶、铝溶胶、煤焦油、沥青、黏土中的任意几种；所述第一活性金属前驱体和/或第二活性金属前驱体含有至少两种金属盐，所述第一活性金属前驱体和第二活性金属前驱体中的金属种类完全不同或部分相同。

3.如权利要求2所述的整体式催化剂坯体，其特征在于：所述第二活性金属前驱体的金属种类数量多于第一活性金属前驱体中的金属种类数量；并且/或者，第二催化层中第二活性金属前驱体的摩尔含量大于第一催化层中第一活性金属前驱体的摩尔含量。

4.权利要求1-3所述的整体式催化剂坯体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的整体式催化剂坯体的制备方法，其特征在于：

6.如权利要求5所述的整体式催化剂坯体的制备方法，其特征在于：

7.如权利要求4所述的整体式催化剂坯体的制备方法，其特征在于：第一方向和第二方向不相同，并且/或者，第二方向和第三方向不相同。

8.整体式催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

9.整体式催化剂，其特征在于：由权利要求8所述的制备方法制备得到。

10.vocs的净化方法，其特征在于：采用权利要求9所述的整体式催化剂低温吸附并催化氧化vocs分解。

技术总结
本发明公开了整体式催化剂坯体及其制备方法和应用，解决了现有技术中难以涂覆、涂层稳定差和低温催化活性较差的技术问题。整体式催化剂坯体，包括支撑骨架和依次负载于支撑骨架表面的：过渡层，所述过渡层由包括第一粘接剂、固化剂、改性剂的过渡浆料涂覆并干燥而成；第一催化层，所述第一催化层由包括第二粘接剂、活性炭、第一活性金属前驱体的第一催化浆料涂覆并干燥而成；第二催化层，所述第二催化层由包括第二粘接剂、活性炭、第二活性金属前驱体的第二催化浆料涂覆并干燥而成。

技术研发人员：吴干学,王文川,夏雲彬,杨媛媛,汪睿,朱梦佳,陈航,楚英豪
受保护的技术使用者：四川农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15