一種處理工業廢氣的含鎳鐵錳複合氧化物催化劑

　　 在化工、电子、医药、涂料、新材料加工以及汽车行业工业化生产过程中，会排放出大批工业废气，它们是大气污染物要紧来源。据统计，我国工业废气年排放量约在2000万t以上，同时随着国民经济发展，必将出现快速增长的趋向。工业废气包括挥发性有机气体(VOCs)和CO等有毒有害气体，易在含脂肪丰富的组织中蓄积，且大抵具有致癌、致畸、致突变性，引发中毒死亡，对环境、动植物生长以及人体健康造成巨大危害，从而给国民经济造成巨大损失。现有国内外工业废气的治理方法一般包括回收技术和毁灭技术，其中毁灭技术中的催化燃烧法因具有起燃温度低、能耗低、功效高、无二次污染、适用范围广等优点，已在欧洲各国、美国、日本等获得广泛应用，目前国内工业废气工程治理方法也以催化燃烧法为主。然而目前我国工业应用的催化燃烧催化剂以采用进口催化剂为主，要紧供应商EngelharcUJohnson Matthey、Allied Signal、UOP、BASF 以及 Topsoe 等公司，且以 Pt、Pd、Ru等贵金属为活性组分，蜂窝陶瓷为载体。中国专利CN14884435A公开了一种催化燃烧催化剂及其制备方法，该催化剂具有较高的催化燃烧有机废气转化功效，但需使用较高含量的贵金属元素，且具有价格昂贵、抗毒性能差和普遍实用性能差等弱点。因而开发具有高效廉价、环境友好的复合氧化物催化剂来替代贵金属催化剂已成为今天国内外催化燃烧催化剂的研究热点和应用趋向。中国专利CN101138728A涉及净化有机废气金属氧化物混合物催化剂及其制备方法，一次性在堇青石载体上负载镧铈锆混合氧化物改性的活性氧化铝涂层与含多种金属氧化物混合物的活性组分，其具有催化功效高、制备简单和成本低易于推广等特点，然而该催化剂易被工业废气中还原性气体(CO)还原而失活。

本文的目的是提供一種處理工業廢氣的含鎳鐵錳複合氧化物催化劑及其制备方法，该催化剂适合多种工况条件，具有催化功效高、稳定性好和抗毒能力强等特点，可在300°C实现对氯苯的完全催化氧化，与同类催化剂相比，完全催化燃烧氯苯的温度降低约50°C;可在250°C、空速为10 000 IT1条件下实现对体积分数为1% CO完全氧化；该催化剂以镍铁锰复合氧化物为第一活性组分负载在自制或天然无机材料载体上，成本更为惠而不费。本发明的另一个目的是提供上述催化剂的制备方法，采用浸溃法制备该催化剂，制备工艺更为简单，更加适合工业化大规模生产。的确技术方案如下：

(I)自制載體的制備:堇青石與分子篩兩種催化劑載體制備：所述堇青石載體制備是將氧化矽、氧化鋁、氧化鎂按一定質量百分配比混合，其中氧化矽3055%、氧化鋁2040%、氧化鎂1030%，將上述原料混合後經130(Tl40(rC高溫焙燒，保溫46h而成。該載體再經質量濃度爲520%草酸、乙酸或硝酸煮沸，煮沸處理時間爲23h，再經溫度8(Tl20°C，時間爲I2h的幹燥，再進行焙燒，焙燒溫度爲40(T600°C，時間爲46h，獲得自制堇青石載體；所述自制分子篩載體的制備是將NaA102、NaOH、乙二胺(EDA)、矽溶膠和水按摩爾比爲8:1:55:32:2800混合，常溫下攪拌2h，裝釜，180°C、60h晶化，抽濾，幹燥，焙燒制的自制分子篩載體；

(2)堇青石及其天然无机材料载体的改性处置：自制载体堇青石和天然无机材料载体中的沸石、莫来石、硅线石和硅藻土需进行溶胶涂层改性处置，取上述载体浸溃于氧化铝、氧化硅或氧化钛中的一种或两种溶胶中，浸溃时间46h，改性载体经8(Tl20°C，Γ2 h的干亢和50(T600°C，24h焙烧，制得溶胶涂层改性载体，其中氧化铝、氧化硅或氧化钛在改性载体中的质量百分含量为广10% ；[0017] (3)镍铁锰复合氧化物催化剂的制备第一配制不同摩尔比的Ni盐、Fe盐和Mn盐的水溶液，所述的Ni盐和Mn盐为草酸盐、碳酸盐、硝酸盐或磷酸盐，其中配制的Ni盐、Fe盐和Mn盐摩尔比为(Γ4:0^5:14。将步骤(I)中载体浸溃上述溶液中，浸溃时间为4lh，接着经1224h的自然晾干和在干亢箱中8(T12(TC，I4h的鼓风干亢，再经30(T70(TC，25h的焙烧，或进行重复浸溃、干亢和焙烧以制备一定负载量的催化剂，使镍铁锰复合氧化物负载量的质量百分含量为520% ；

(4)第二活性組分的負載：針對各種不同工況企業的實際情況即不同的工業廢氣組成，需將上述鎳鐵錳複合氧化物催化劑進行第二次活性組分的負載，以滿足實際需求。催化劑的制備方法是將上述(3)中催化劑浸潰于配有一種或兩種過渡金屬、稀土金屬或貴金屬鹽溶液中，浸潰時間爲24h，然後經1224h的自然晾幹和在幹燥箱中8(Tl2(TC，l4h的鼓風幹燥，再經30(T700°C，2飛h的焙燒而成，使第二活性組分負載量的質量百分含量爲010%。

本方案所制备的催化剂对低浓度的甲苯、氯苯以及CO催化氧化反应性能进行了评价，进出反应器的甲苯、氯苯以及CO均由气相色谱分析。该催化剂在甲苯、氯苯和CO浓度分别为I 00010 OOOppm, I 00010 000 ppm和0.1%5% (体积比)的情况下，在气体体积空速为1.0X IO43.0X IO4 h_1时、反应温度15(T500°C、可将甲苯、氯苯和CO完全催化氧化为 CO2、H2O 和 HCl。