一种负载型复合金属催化剂及其制备方法和应用与流程

本申请涉及催化领域，更具体来说涉及一种负载型复合金属催化剂、该催化剂的制备方法以及使用该催化剂进行尾气中的挥发性有机化合物催化燃烧的方法。

背景技术：

1、工业尾气中挥发性有机化合物(voc)处理成为了工业中一个日益重要的考虑因素。目前工业尾气的处理包括热力燃烧法、催化燃烧法、物理吸附方法、冷凝回收和化学处理等方法。催化燃烧技术作为一种高效净化技术越来越受到重视，它是通过催化剂的作用，将voc彻底氧化成co2和h2o。催化燃烧技术在化工行业中应用越来越广泛，其核心技术是催化剂，催化剂的稳定性、低温活性对催化燃烧系统的效率至关重要。对于不同的voc种类和尾气组成，为了保证催化燃烧系统的voc去除效率，往往需要针对性地开发不同活性组成的催化剂，这会使得复杂性和成本显著提高，给催化燃烧技术的工业化推广造成了不小的障碍。人们非常希望开发一种能够适用于各种工艺产生的尾气中不同voc组成的催化剂，另外有一些工艺会产生具有复杂voc组成的尾气，人们还希望开发一种能够适用于处理此种尾气的新型催化剂体系。

2、例如丙烯酸是一类重要的化学基础原料，主要用于生产水性涂料、水性粘结剂、超吸水性树脂等。丙烯酸生产过程中会产生大量含有丙烷、丙烯和丙烯醛等voc的尾气，并且尾气中还存在大量的水蒸气。现有技术常用的催化燃烧催化剂在用于处理高水蒸气含量的尾气时，由于高水蒸气含量的影响，催化剂性能很快就会出现明显下降，导致催化剂发生不可逆的失活。所以开发在高水蒸气含量的情况下仍然具有优异的活性和稳定性的低温氧化催化剂是亟待解决的问题。为了解决上述问题，现有技术中进行了很多的尝试，例如进一步改良催化剂组成配方或者工艺条件等，但是取得的成果仍然是极为有限的。

技术实现思路

1、针对上述问题，本申请的发明人进行了大量深入的研究，成功地开发出一种负载型复合金属催化剂及其合成方法，从而有效地解决了现有技术中长久以来亟需解决的难题。

2、本申请的第一个方面提供了一种负载型复合金属催化剂，该催化剂包含酸性氧化物载体、至少一种贵金属和至少一种贱金属，所述酸性氧化物载体是强酸酸化过的zro2，所述贵金属选自pt、pd、rh、ru或其组合，例如选自pt、pd、rh、ru中的一种、两种、三种或四种，所述贱金属选自以下的至少一种：ni、co、mn、ce、cu，例如选自ni、co、mn、ce、cu中的一种、两种、三种或四种；并且

3、以所述酸性氧化物载体的重量为基准计，其中贵金属的含量为0.01-5.0重量％，所述贱金属的含量为1.0-30.0重量％。

4、本申请的第二个方面提供了一种用来合成本发明的负载型复合金属催化剂的方法，该方法包括：

5、步骤一：提供zro2；

6、步骤二：用强酸对zro2进行处理，以形成所述酸性氧化物载体；

7、步骤三：将包含所述贵金属和贱金属的溶液与所述酸性氧化物载体合并以形成浆料；

8、步骤四：对所述浆料进行喷雾干燥，得到催化剂前驱体；以及

9、步骤五：对所述催化剂前驱体进行热处理。

10、本申请的第三个方面提供了一种对挥发性有机化合物(voc)进行催化氧化分解的方法，该方法包括在存在本发明的负载型复合金属催化剂的情况下，使得voc与氧气发生反应，生成二氧化碳和水。根据一个优选的实施方式，该方法不会生成除了二氧化碳和水以外的产物。

技术特征：

1.一种负载型复合金属催化剂，该催化剂包含酸性氧化物载体、至少一种贵金属和至少一种贱金属，所述酸性氧化物载体是强酸酸化过的zro2，所述贵金属选自pt、pd、rh、ru或其组合，所述贱金属选自以下的至少一种：ni、co、mn、ce、cu；并且

2.如权利要求1所述的负载型复合金属催化剂，其特征在于，所述强酸为硫酸，并且在所述载体中，so42-的含量为0.02-0.5μmol/克zro2，优选为0.1-0.4μmol/克zro2。

3.如权利要求1所述的负载型复合金属催化剂，其特征在于，以所述酸性氧化物载体的重量为基准计，其中贵金属的含量为0.05-2.0重量％，所述贱金属的含量为2.0-25.0重量％。

4.一种用来合成如权利要求1-3中任一项所述的负载型复合金属催化剂的方法，该方法包括：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，通过对可热分解锆盐进行热处理，以提供zro2，所述可热分解锆盐选自以下的一种或多种：碳酸锆、碱式碳酸锆、硝酸锆、硝酸氧锆、碳酸锆铵、甲酸锆、乙酸锆、丙酸锆、异辛酸锆、草酸锆、柠檬酸锆、甲基丙烯酸锆、正甲氧锆、正乙氧锆、正丁氧锆、正丙氧锆、锆酸铵；

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述强酸是硫酸，用硫酸对所述zro2进行浸泡处理，然后进行烘干和热处理，以形成所述酸性氧化物载体。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤四中，喷雾干燥的进风温度为180-350℃，出风温度为80-120℃。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤五中，对催化剂前驱体进行干燥，干燥之后的前驱体在300-800℃的温度下焙烧1-24小时。

9.一种对挥发性有机化合物进行催化氧化分解的方法，该方法包括在存在如权利要求1-3中任一项所述的负载型复合金属催化剂的存在下，使得所述挥发性有机化合物与氧气发生反应，生成二氧化碳和水。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，

技术总结
本申请提供了一种负载型复合金属催化剂及其制备方法和用途，该催化剂包含酸性氧化物载体、至少一种贵金属和至少一种贱金属，所述酸性氧化物载体是强酸酸化过的ZrO2，所述贵金属选自Pt、Pd、Rh、Ru或其组合，所述贱金属选自以下的至少一种：Ni、Co、Mn、Ce、Cu。该催化剂的合成方法包括形成所述酸性氧化物载体，用贵金属和贱金属原料以及所述酸性氧化物载体形成浆料，喷雾干燥和热处理步骤，该催化剂可以用来使得各种挥发性有机化合物在合适的条件下、甚至是高水分含量条件下进行完全而彻底的催化氧化分解。本发明的技术具有贵金属用量低、低温催化氧化性能优异、高温稳定性好、易于工业规模生产的优点，能够在较低的反应温度下将废气中的挥发性有机化合物完全转化为无害的水和二氧化碳，并且即使在尾气水蒸气含量很高的情况下，催化剂仍然具有极高的稳定性。

技术研发人员：熊德胜,庄岩,崔曜,黎凡,褚小东
受保护的技术使用者：上海华谊新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16