本發(fā)明屬于催化劑領(lǐng)域，具體涉及一種整體式一氧化碳催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、co是在大氣中分布最廣且數(shù)量最多的污染物之一，在環(huán)境和人類健康方面具有重要的危害。為了評估空氣質(zhì)量，2012年引入了空氣質(zhì)量指數(shù)(aqi)，其中細(xì)顆粒物、可吸入顆粒物、二氧化硫、二氧化氮、臭氧和一氧化碳等六種主要污染物被視為重要參考指標(biāo)。工業(yè)活動(dòng)中兩個(gè)主要的污染源分別是鋼鐵行業(yè)和移動(dòng)源。如今移動(dòng)源污染處理已經(jīng)有了較為成熟的脫除co技術(shù)和豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并且也取得了不錯(cuò)的成績；然而作為co主要排放源的鋼鐵行業(yè)，卻沒有一個(gè)較為成熟的催化氧化脫除co技術(shù)。目前，工業(yè)活動(dòng)中的兩個(gè)主要污染源是鋼鐵行業(yè)和移動(dòng)源。在處理移動(dòng)源污染方面，已經(jīng)存在成熟的去除co技術(shù)和豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并且取得了顯著成果。然而，作為co的主要排放源之一，鋼鐵行業(yè)卻缺乏成熟的催化氧化脫除co技術(shù)。
2、在鋼鐵行業(yè)中，燒結(jié)工序和焦化工序是產(chǎn)生co的兩個(gè)主要環(huán)節(jié)，其中燒結(jié)工藝的排放量最大。實(shí)際測試表明，燒結(jié)煙氣中的co含量可高達(dá)6000～10000ppm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過so2和nox的排放量。因此，對燒結(jié)煙氣中的co進(jìn)行凈化是降低鋼鐵行業(yè)co排放的最有效方式。目前，鋼鐵企業(yè)在燒結(jié)煙氣中處理co的末端治理技術(shù)主要包括直接燃燒法、深冷分離法、溶液吸收法、吸附法和氧化法等。除了氧化法以外，其他技術(shù)均存在一些問題，如起燃溫度較高、難以直接燃燒、不能有效分離co和n2，以及處理成本高和能耗高等。氧化法是基于促進(jìn)co與煙氣中的o2反應(yīng)轉(zhuǎn)化為co2的原理。它具有凈化效率高、操作溫度低、使用安全和易于操作等優(yōu)點(diǎn)，因此受到廣泛好評。該階段廣泛用于凈化co的催化劑主要為貴金屬催化劑與非貴金屬催化劑。含有貴金屬的co催化劑具有一定的抗水性，優(yōu)異的催化活性及穩(wěn)定性，但是價(jià)格昂貴；非貴金屬co催化劑主要為霍加拉特劑，該催化劑由過渡金屬組成，為多元金屬氧化物體系，具有凈化效率高、使用壽命長、應(yīng)用場景廣泛、使用安全、操作方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)。然而燒結(jié)煙氣進(jìn)行脫硫處理后仍會(huì)有微量的so2殘留，而這殘留的so2會(huì)讓催化劑發(fā)生硫中毒，導(dǎo)致凈化效率下降，其再生需要提供高溫環(huán)境，大大增加了成本。
3、同時(shí)因?yàn)闊Y(jié)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣主要含有粉塵、so2、nox、co、二噁英等多種污染物，其中粉塵濃度約10g/(n·m3)左右，so2濃度1000～3000mg/(n·m3)，nox濃度200～400mg/(n·m3)，co濃度5000～10000ppm，二噁英約1～3ng-teq/(n·m3)；煙氣的氧含量約15％～18％，含濕量約7％～13％，煙氣溫度約120℃～180℃；且受生產(chǎn)原料和工況的影響，煙氣量、煙氣溫度和污染物濃度波動(dòng)較大等因素，現(xiàn)有的co催化劑不能在如此復(fù)雜的條件下維持高催化效率，而且往往會(huì)在煙氣中各種污染物，比如so2、nox和粉塵等的作用下，催化劑會(huì)漸漸毒化，催化效率隨時(shí)間下降，直至降為0。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述問題，本發(fā)明提出一種整體式一氧化碳催化劑及其制備方法和應(yīng)用。所述整體式一氧化碳催化劑具有耐硫性能和耐水性能等優(yōu)點(diǎn)。所述方法調(diào)整了所述整體式一氧化碳催化劑中的活性組分，通過添加酸溶液(或堿溶液)、粘結(jié)劑、增稠劑、分散劑、保水劑等助劑的方式可以加強(qiáng)所述整體式一氧化碳催化劑產(chǎn)品中各個(gè)活性組分的協(xié)同作用，同時(shí)使活性組分，尤其是貴金屬，在所選載體或溶液中實(shí)現(xiàn)均勻分散，使其發(fā)揮出表面效應(yīng)，提高所述整體式一氧化碳催化劑中金屬催化顆粒的比表面積和表面能，提高催化劑的活性和催化效率。制備得到的整體式一氧化碳催化劑催化性質(zhì)穩(wěn)定、使用壽命延長。
2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
3、本發(fā)明的目的之一在于提供一種整體式一氧化碳催化劑，所述整體式一氧化碳催化劑包括載體和負(fù)載在所述載體表面的金屬催化顆粒；
4、所述金屬催化顆粒的負(fù)載量為90kg/m3～150kg/m3；
5、所述整體式一氧化碳催化劑的粒徑范圍為50nm～200nm；
6、所述金屬催化顆粒包括鈦顆粒、鈰顆粒、鈷顆粒、鎳顆粒、釕顆粒、銠顆粒、鈀顆粒、銥顆粒、鉑顆粒、鉬顆粒中的一種以上；
7、所述金屬催化顆粒的粒徑范圍為：1nm～100nm；
8、所述載體包括堇青石、蜂窩體、層次孔碳、泡沫金屬中的一種以上。
9、本發(fā)明提供的一種整體式一氧化碳催化劑，其耐硫性能和耐水性能較高，使其在燒結(jié)煙氣凈化中的催化穩(wěn)定性高。而所述整體式一氧化碳催化劑中金屬催化顆粒的負(fù)載量為90kg/m3～150kg/m3，對一氧化碳的吸附能力高，催化過程中也不易發(fā)生團(tuán)聚。本發(fā)明所述整體式一氧化碳催化劑能在燒結(jié)煙氣復(fù)雜條件下保持穩(wěn)定的高催化效率。
10、本發(fā)明的目的之二在于提供一種本發(fā)明的整體式一氧化碳催化劑的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：
11、將氧化鈦和氧化鈰制備成第一中間產(chǎn)物溶液；
12、將銨源、所述第一中間產(chǎn)物溶液和助劑制備成第二中間產(chǎn)物溶液；
13、將金屬硝酸鹽溶液和所述第二中間產(chǎn)物溶液制備成第三中間產(chǎn)物；
14、將鈷源和所述第三中間產(chǎn)物制備成第四中間產(chǎn)物溶液；
15、將粘結(jié)劑、分散劑、增稠劑、保水劑和所述第四中間產(chǎn)物溶液制成負(fù)載漿液后，將所述負(fù)載漿液負(fù)載在載體上，得到整體式一氧化碳催化劑。
16、本發(fā)明提供的一種整體式一氧化碳催化劑的制備方法，所述方法順序制備第一中間產(chǎn)物、第二中間產(chǎn)物、第三中間產(chǎn)物和第四中間產(chǎn)物，最后將所述第四中間產(chǎn)物制成負(fù)載漿料，與載體混合得到整體式一氧化碳催化劑。所述方法首先制成的所述第一中間產(chǎn)物具有大量的比表面積；再采用所述第一中間產(chǎn)物制備得到的所述第二中間產(chǎn)物具有keggin結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，其中，keggin結(jié)構(gòu)是指多種化學(xué)化合物中一種特殊的多核多酸結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)最早是由法國化學(xué)家dorothy?crowfoot?hodgkin于1930年代提出。其作用是便于將多種有機(jī)分子以及其他大分子連接成一個(gè)大分子，為后續(xù)催化劑的制備提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；所述金屬硝酸鹽溶液與所述第二中間產(chǎn)物溶液混合后先干燥和煅燒得到所述第三中間產(chǎn)物，減少所述第三中間產(chǎn)物中各個(gè)組分之間的分子間距，后續(xù)再制備成溶液形成的分子間距會(huì)更小，控制活性組分的尺寸在納米級別，有利用后附負(fù)載得到催化劑的催化作用；進(jìn)一步采用所述第二中間產(chǎn)物制成的所述第三中間產(chǎn)物是具有金屬負(fù)載的催化劑；再進(jìn)一步將所述第三中間產(chǎn)物與鈷源進(jìn)行球磨后煅燒，得到具有催化一氧化碳作用的第四中間產(chǎn)物；將所述第四中間產(chǎn)物制成負(fù)載漿液，并負(fù)載在載體上，得到整體式的整體式一氧化碳催化劑。所述制備方法制備得到的整體式一氧化碳催化劑能在燒結(jié)煙氣復(fù)雜條件下保持穩(wěn)定的高催化效率，同時(shí)因含有載體使其在催化過程中不易發(fā)生團(tuán)聚。
17、本發(fā)明的目的之三在于提供本發(fā)明目的之一提供的整體式一氧化碳催化劑或本發(fā)明目的之二提供的制備方法制備得到的整體式一氧化碳催化劑，在煙氣中一氧化碳催化中的應(yīng)用。
1.一種整體式一氧化碳催化劑，其特征在于，所述整體式一氧化碳催化劑包括載體和負(fù)載在所述載體表面的金屬催化顆粒；
2.一種如權(quán)利要求1所述的整體式一氧化碳催化劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整體式一氧化碳催化劑的制備方法，其特征在于，制備第一中間產(chǎn)物溶液的步驟包括：將氧化鈦和氧化鈰進(jìn)行第一球磨處理后進(jìn)行第一煅燒處理，得到第一中間產(chǎn)物；將所述第一中間產(chǎn)物溶液與水混合，得到所述第一中間產(chǎn)物溶液；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的整體式一氧化碳催化劑的制備方法，其特征在于，所述氧化鈦和所述氧化鈰的質(zhì)量比為(3～6):1；
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的整體式一氧化碳催化劑的制備方法，所述負(fù)載漿液中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括5％～50％的第四中間產(chǎn)物、0.2％～15％的分散劑、0.1％～15％的增稠劑和1％～15％的粘結(jié)劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求3～5任一項(xiàng)所述的整體式一氧化碳催化劑的制備方法，其特征在于，所述第一球磨處理中，球料質(zhì)量比為(3.5～10):1；轉(zhuǎn)速為400rpm～600rpm，時(shí)間為1h～1.5h；
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的整體式一氧化碳催化劑的制備方法，其特征在于，所述銨源、所述助劑與所述第一中間產(chǎn)物溶液混合的步驟包括：在50℃～80℃下恒溫?cái)嚢?h～4h，攪拌的同時(shí)加入助劑使反應(yīng)液的ph值維持在1.2～3.6；
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的整體式一氧化碳催化劑的制備方法，其特征在于，所述銨源包括鉬酸銨、磷酸銨、偏釩酸銨、鎢酸銨中的一種以上；
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的整體式一氧化碳催化劑的制備方法，其特征在于，所述酸溶液包括檸檬酸溶液、酒石酸溶液、鹽酸溶液、醋酸溶液、草酸溶液、乳酸溶液、三氯乙酸溶液、一氯乙酸溶液、精氨酸溶液中的一種以上；
10.一種由權(quán)利要求2～9任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的整體式一氧化碳催化劑，在煙氣中一氧化碳催化中的應(yīng)用。