一种用于消除环境空气中一氧化碳的整体式净化材料及制备和应用

摘要

本发明涉及一种用于消除环境空气中一氧化碳的整体式净化材料及制备和应用。以Pd、Cu为活性组分，以涂覆一种含有过渡金属元素涂层的堇青石蜂窝陶瓷为载体。将拟薄水铝石、γ‑Al

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于消除环境空气中一氧化碳的整体式净化材料及其制备方法，属于环境污染综合治理技术领域。该净化材料可用于环境中一氧化碳的消除。

背景技术

环境中的一氧化碳主要来源于机动车，机动车排出的废气中，70%左右是一氧化碳。机动车废气的排放与车速有关，车速越大，一氧化碳的排放量就越小。随着汽车保有量的不断上升，交通也越来越拥堵，机动车平均通行速度也越来越慢，机动车排放的一氧化碳也越来越多。根据环境保护部发布的《2015年中国机动车污染防治年报》显示，我国已经连续六年成为世界机动车产销第一大国。2014年，全国机动车排放污染物4547.3万吨，其中一氧化碳达到3433.7万吨。环境中CO的存在具有很大的危害性，它可以和人体的血红蛋白结合，削弱血红蛋白的输氧能力，从而损害人的中枢神经系统。

目前最普遍使用的CO消除方法是使用三效催化剂。用于汽车尾气的三效催化剂是常用的整体式催化剂，以贵金属Pd、Pt、Rh为活性组分，稀土氧化物为助催化剂，堇青石为第一载体，活性氧化铝为第二载体（活性涂层）。三效催化剂在高温下能够将CO、NOx、HC氧化还原成CO₂、N₂、H₂O，造成无污染排放。但是常温下三效催化剂活性差，无法对环境CO进行净化。而CO型5号防毒罐只能针对个人呼吸使用，且使用寿命较短，成本较高，相关技术无法运用到环境空气治理中。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于消除环境空气中一氧化碳的整体式净化材料及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明催化剂的技术路线是：

一种用于消除环境空气中一氧化碳的整体式净化材料的制备方法，其特征在于，以Pd、Cu为活性组分，以涂覆一种含有过渡金属元素涂层的堇青石蜂窝陶瓷为载体，具体包括如下步骤：

（1）将拟薄水铝石、γ-Al₂O₃粉末、异丙醇、过渡金属硝酸盐加入到去离子水中，搅拌条件下加入硝酸调节pH值至3-4，继续搅拌10-60分钟形成浆料，将堇青石蜂窝陶瓷载体浸泡在浆料中1-15分钟，取出后高压气枪吹扫，晾干，在30～80℃烘干，然后在200~800℃马弗炉中焙烧4h；

（2）将PdCl₂和CuCl₂溶解在氨水溶液中，把涂覆有过渡金属元素涂层的堇青石蜂窝陶瓷浸渍在溶液中，待溶液完全吸收后，将整体式催化剂在30～80℃烘干，然后在200~500℃焙烧2~8小时。

活性组分Pd在整体式催化剂中的含量为1.0~3.0 g/L，Cu在整体式催化剂中的含量为2.0~10 g/L。

涂层中过渡金属元素为Fe、Co、Ni的一种或几种，涂层负载量占在堇青石蜂窝陶瓷的质量百分比为5~20%。

一种用于消除环境空气中一氧化碳的整体式净化材料，其特征在于，根据上述任一所述方法制备得到。

一种用于消除环境空气中一氧化碳的整体式净化材料在消除环境空气中一氧化碳的应用。

本发明涉及的一种用于消除环境空气中一氧化碳的整体式净化材料及其制备方法，以Pd、Cu为活性组分，Pd在整体式催化剂中的含量为1.0~3.0 g/L，Cu在整体式催化剂中的含量为2.0~10 g/L。以涂覆一种含有过渡金属元素涂层的堇青石蜂窝陶瓷为载体，涂层中过渡金属元素为Fe、Co、Ni的一种或几种。涂层负载量占在堇青石蜂窝陶瓷的质量百分比为5~20%。具体包括如下步骤：将拟薄水铝石、γ-Al₂O₃粉末、异丙醇、过渡金属硝酸盐加入到去离子水中，搅拌条件下加入硝酸调节pH值至3-4，继续搅拌10-60分钟形成浆料。将堇青石蜂窝陶瓷载体浸泡在浆料中1-15分钟，取出后高压气枪吹扫，晾干，在30～80℃烘干，然后在200~800℃马弗炉中焙烧4h。将PdCl₂和CuCl₂溶解在氨水溶液中，把涂覆有过渡金属元素涂层的堇青石蜂窝陶瓷浸渍在溶液中，待溶液完全吸收后，将整体式催化剂在30～80℃烘干，然后在200~500℃焙烧2~8小时，得到一氧化碳整体式净化材料。

本发明具有的实质特点是：

净化材料能在常温下对环境中的CO进行有效净化，净化效率高。净化材料采用整体式蜂窝材料作为载体，机械强度高，满足实际施工要求；过渡金属元素氧化物在涂层中分布更加均匀，更好些协助活性组分催化氧化一氧化碳，进一步提高了净化材料的净化性能；采用等体积浸渍法制备整体式催化剂，制备方法简单，贵金属利用率高、用量低，便于大规模工业化使用。该净化材料机械强度高、制备方法简单、贵金属利用率高，能满足实际施工要求。该净化材料可用于环境中一氧化碳的消除。

具体实施方式

以下对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

对比例

将10g γ-Al₂O₃粉末、40g拟薄水铝石和1.5g异丙醇加入到50g去离子水中，搅拌条件下加入硝酸调节pH值至3-4，继续搅拌20分钟形成涂层材料；将堇青石蜂窝陶瓷载体浸泡在涂层材料中5分钟，取出后高压气枪吹扫，晾干，在50℃烘干，然后在550℃马弗炉中焙烧4h。

将0.52 g PdCl₂和1.67>2溶于20mL>

本对比例制备得到的整体式催化剂在常压固定床U型反应器（内径为11 mm）中进行性能评价，反应温度为30℃，CO浓度为30 ppm，其余为空气，空速为24000 h^-1，使用一氧化碳分析仪（Thermo，Model>

实施例1

将10g γ-Al₂O₃粉末、40g拟薄水铝石、1.5g异丙醇和5g硝酸铋加入到50g去离子水中，搅拌条件下缓慢加入硝酸调节pH值至3-4，继续搅拌20分钟形成涂层材料；将堇青石蜂窝陶瓷载体浸泡在涂层材料中5分钟，取出后高压气枪吹扫，晾干，在50℃烘干，然后在550℃马弗炉中焙烧4h。其他制备步骤和测试方法同对比例。测试结果表明，本实施例制备得到的整体式催化剂对CO的催化效率为97.0%。

实施例2

将实施例1中5g硝酸铋含量改成5g硝酸铁，其余制备方法同实施例1。催化剂评价方法同对比例。测试结果表明，本实施例制备得到的整体式催化剂对CO的催化效率为93.4%。

实施例3

将实施例1中5g硝酸铋含量改成5g硝酸钴，其余制备方法同实施例1。催化剂评价方法同对比例。测试结果表明，本实施例制备得到的整体式催化剂对CO的催化效率为98.4%。