一种含钴整体式催化剂及温和制备方法和应用

本发明涉及催化剂领域，尤其涉及一种含钴整体式催化剂及温和制备方法和应用。

背景技术：

1、挥发性有机化合物(vocs)主要包括烷烃、芳烃、酯类、烯烃、羧酸和醇类，现有技术中对挥发性有机化合物vocs的去除的方法有催化氧化、吸附、吸收、生物过滤、膜过滤、焚烧和燃烧等。吸附技术通过改善吸附材料的比表面积、孔容量、表面化学官能团和减小孔径等方式以提高vocs的吸附能力，同时可对吸附材料和vocs回收和再利用；生物过滤技术用于去除vocs在低至中等浓度(＜1000mg/l)，但需定时对滤床进行反冲洗；膜过滤技术通常用于分离卤化vocs(如氯仿、三氯乙烯、四氯乙烯等)和避免副产品生成。相比于以上技术，催化氧化工艺被认为是一种高效、经济的vocs去除高级氧化技术，有毒的vocs能够在相对低的温度下被氧化成co2、水和其他危害相对较小的物质。低的温度意味着相对较低的燃料费用和较少的二噁英和有毒产品的形成。催化氧化适合于低浓度vocs的连续处理。然而，现有技术中vocs分解催化剂主要分为贵金属催化剂、含过渡金属氧化物催化剂。其中贵金属催化剂由于价格昂贵限制了其大规模工业运用；而含过渡金属氧化物催化剂重点在于过渡金属氧化物的筛选。而在甲苯燃烧催化反应中，通过自生长方法在温和条件下得到负载均匀牢固且性能优越的钴基催化剂，目前还未见报道。

2、当前钴基催化剂从宏观形态上主要有颗粒型和整体式催化剂两种。其中颗粒型催化剂床层压降高，不适合处理高空速的甲苯气体。而对于整体式催化剂常以活性炭蜂窝、金属、和陶瓷蜂窝为规整基体，如中国专利cn109261164a通过先制备催化剂粉体，然后配制催化剂浆液，最后通过浸泡涂覆工艺负载在蜂窝载体上，成型的整体式催化剂，这样在使用时能够有效降低床层压降，在低温、高空速和高湿度条件下实现有效去除目标气体，然而这种方法只提供了一种催化剂与载体之间简单的一种涂层负载方法，且难以在光滑的金属基底上实现；中国专利cn113477246a通过水热反应在蜂窝载体上直接原位生长制成成型的整体式催化剂。相较于浸泡-涂覆工艺，该方法成功在金属基底上原位生长了锰氧化物涂层，在负载界面上比浸泡-涂覆工艺连结更加紧密，这有助于催化性能的提升，但其并非为温和条件下制备的，其制备条件要求较高，难以运用在工业运用上。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种含钴整体式催化剂的温和制备方法，该直接把陶瓷蜂窝置于含钴前驱体液中，即可在陶瓷蜂窝表面原位生长形成钴氧化物活性组分，新形成的钴氧化物活性组分颗粒不但可以在陶瓷基底表面均匀分散，而且可以牢固地结合在陶瓷基底表面。

2、本发明还提出一种含钴整体式催化剂，其由上述的温和制备方法制备而成。

3、本发明还提出一种甲苯催化剂，其设有上述的含钴整体式催化剂。

4、本发明还提出一种甲苯催化分解方法，其使用上述的含钴整体式催化剂。

5、本发明还提出一种催化剂在甲苯催化分解中的用途。

6、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

7、一种含钴整体式催化剂的温和制备方法，包括以下操作步骤：

8、(1)预处理：将陶瓷蜂窝基底浸泡在强碱溶液中刻蚀，然后取出用水冲洗后在400-600℃焙烧；

9、(2)预活化：将步骤(1)的陶瓷蜂窝基底在0.01-0.04mol/l硝酸钴溶液中在室温下浸渍后，在陶瓷蜂窝基底形成羟基硝酸钴的晶种，取出干燥；

10、(3)钴前驱体液的配置：将六水合硝酸钴、尿素和去离子水混合，搅拌，得到钴前驱体液，硝酸钴与尿素固体量以摩尔比为1：(0.5-2)缓慢投放配制；

11、(4)将步骤(2)预活化后的样品悬挂在步骤(3)所得钴前驱体液中，在水浴加热和持续搅拌条件下反应；取出、冲洗和干燥，在200-500℃焙烧，得到含钴整体式催化剂。

12、可优化地，包括以下操作步骤：

13、(1)预处理：将陶瓷蜂窝基底浸泡在0.05-0.2mol/l强碱溶液中刻蚀，保持60-100℃，然后取出用水冲洗后在400-600℃焙烧；

14、(2)预活化：将步骤(1)的陶瓷蜂窝基底在0.01-0.04mol/l硝酸钴溶液中室温浸渍后，在陶瓷蜂窝基底形成羟基硝酸钴的晶种，取出干燥；

15、(3)钴前驱体液的配置：将六水合硝酸钴、尿素和去离子水混合，搅拌，得到钴前驱体液；调节硝酸钴浓度为0.2-0.8mol/l，尿素加入量为0.2-0.8mol/l；

16、所述步骤(4)中，制得含钴整体式催化剂的钴元素的质量百分数为10-30wt％。

17、可优化地，所述步骤(1)中，强碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾。

18、可优化地，所述步骤(1)中，使用碳化硅蜂窝基底、分子筛蜂窝基底或氧化铝蜂窝基底代替陶瓷蜂窝基底。

19、一种含钴整体式催化剂，由上述的一种含钴整体式催化剂的温和制备方法制备而成。

20、一种甲苯催化剂包括：上述的一种含钴整体式催化剂。

21、一种甲苯催化分解方法，使用上述的一种含钴整体式催化剂，将含钴整体式催化剂设置于气固相反应装置的反应管中，再向反应管通入甲苯气体。

22、一种催化剂在甲苯催化分解中的用途，所述催化剂由上述的一种含钴整体式催化剂的温和制备方法制备而成。

23、与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有以下有益效果：

24、本方案提供一种含钴整体式催化剂的温和制备方法，该制备方法不需要预先制备含钴活性组分粉体，只需要直接把陶瓷蜂窝置于含钴前驱体液中，即可在陶瓷蜂窝表面原位生长形成钴氧化物活性组分，新形成的钴氧化物活性组分颗粒不但可以在陶瓷基底表面均匀分散，而且可以牢固地结合在陶瓷基底表面，解决了整体式催化剂中催化剂与载体之间仅为涂层负载导致难以在光滑的金属基底上实现的问题，和整体式催化剂制备条件苛刻难以工业运用的问题。

技术特征：

1.一种含钴整体式催化剂的温和制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

2.根据权利要求1所述的一种含钴整体式催化剂的温和制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

3.根据权利要求1所述的一种含钴整体式催化剂的温和制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，强碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾。

4.根据权利要求1所述的一种含钴整体式催化剂的温和制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，使用碳化硅蜂窝基底、分子筛蜂窝基底或氧化铝蜂窝基底代替陶瓷蜂窝基底。

5.一种含钴整体式催化剂，其特征在于，由权利要求1-4任意一项所述的一种含钴整体式催化剂的温和制备方法制备而成。

6.一种甲苯催化剂，其特征在于，包括：权利要求5所述的一种含钴整体式催化剂。

7.一种甲苯催化分解方法，其特征在于，使用权利要求5所述的一种含钴整体式催化剂，将含钴整体式催化剂设置于气固相反应装置的反应管中，再向反应管通入甲苯气体。

8.一种催化剂在甲苯催化分解中的用途，其特征在于，所述催化剂由权利要求1-4任意一项所述的一种含钴整体式催化剂的温和制备方法制备而成。

技术总结一种含钴整体式催化剂及温和制备方法和应用，温和制备方法，包括以下操作步骤：(1)预处理：将陶瓷蜂窝基底浸泡在强碱溶液中刻蚀，焙烧；(2)预活化：将陶瓷蜂窝基底在硝酸钴溶液浸渍后取出干燥；(3)钴前驱体液的配置：将六水合硝酸钴、尿素和去离子水混合；(4)将预活化后样品悬挂在钴前驱体液中，在温和条件下搅拌反应，取出、冲洗和干燥，在300℃焙烧，得到含钴整体式催化剂。含钴整体式催化剂，其特征在于，由上述的温和制备方法制备而成。本方案解决了整体式催化剂中催化剂与载体之间仅为涂层负载导致难以在光滑的金属基底上实现的问题，和整体式催化剂制备条件苛刻难以工业运用的问题。技术研发人员：李永峰,吴洪欣,钟鼎受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23