Pd-Pt-Ce/Al2O3催化剂在VOC净化处理中的催化性能

焦向东，盛　斌，陈梦霞，陈金胜，赵伟荣*，胡月霞，黄园园

(1.浙江大学，浙江 杭州 310007； 2.杭州经济技术开发区环境监测站，浙江 杭州 310007； 3.江苏安琪尔废气净化有限公司，江苏 宜兴 214201；4.杭州双博环保科技有限公司，浙江 杭州 310007)



Pd-Pt-Ce/Al2O3催化剂在VOC净化处理中的催化性能

焦向东1，盛斌2，陈梦霞1，陈金胜1，赵伟荣1*，胡月霞3，黄园园4

(1.浙江大学，浙江 杭州 310007； 2.杭州经济技术开发区环境监测站，浙江 杭州 310007； 3.江苏安琪尔废气净化有限公司，江苏 宜兴 214201；4.杭州双博环保科技有限公司，浙江 杭州 310007)

摘要：采用浸渍法制备Pd-Pt-Ce/Al2O3催化剂，考察贵金属Pd和Pt负载量、助剂种类及负载量、空速对催化甲苯燃烧活性的影响。结果表明，适宜的贵金属负载量和助剂可极大提高Pd-Pt/Al2O3催化剂活性，当Pd和Pt质量分数分别为0.05%和0.005%、助剂Ce质量分数为1%时，Pd-Pt-Ce/Al2O3催化剂在低温条件下表现出较好的催化性能。空速对催化剂的催化活性影响较为明显，适宜的空速低于20 000 h-1。

关键词：催化剂工程；环境工程；贵金属催化剂；催化燃烧

CLC number:TQ426.6;X701Document code: AArticle ID: 1008-1143(2016)05-0031-03

挥发性有机化合物主要来自石油化工、制药、印刷、喷漆以及机动车等行业排放的废气，是一类毒性大、严重损害人体健康的化学物质[1-2]，主要处理方法有直接燃烧法、吸附处理法、冷凝法和催化燃烧法等[3]。催化燃烧催化剂一般可分为非贵金属催化剂和贵金属催化剂。非贵金属催化剂活性低且热稳定性差，对空速和浓度等因素的适应能力均低于贵金属催化剂[4]。Pt和Pd贵金属催化剂[5-7]可以在较低废气浓度和操作温度下达到处理目的，降低能耗，防止二次污染。

本文采用浸渍法制备Pd-Pt-Ce/Al2O3催化剂，考察贵金属Pd和Pt负载量、助剂种类与负载量、空速对催化甲苯燃烧活性的影响。

1实验部分

1.1催化剂制备

Al2O3涂层制备:搅拌下将25 g拟薄水铝石粉加入200 mL去离子水，缓慢滴加浓硝酸，控制溶液pH≈2.4，然后加热至85℃，再滴加浓硝酸至完全溶胶，搅拌30 min后静置陈化24 h，得到一定黏度和流动性的半透明铝溶胶。将5%稀硝酸处理过的蜂窝陶瓷浸入制备好的铝溶胶中，取出，吹去陶瓷孔中残留胶液，120℃干燥2 h，500℃焙烧5 h，制得Al2O3涂层载体。

助剂涂层制备：将助剂La、Ce、Zr和Y等与柠檬酸、分散剂按一定配比加入制备好的铝溶胶中，搅拌均匀后，将5%稀硝酸处理过的蜂窝陶瓷浸入混合液中，取出，吹去空中残留的悬浊液，晾干，120℃干燥2 h，500℃焙烧5 h，制得Ce-Al2O3涂层载体。

蜂窝整体式催化剂制备：通过浸渍法负载Pd和Pt贵金属，按Pd和Pt理论负载量取H2PdCl4和H2PtCl6水溶液，将涂覆有涂层的蜂窝陶瓷载体浸入其中,恒温水浴加热至溶液由黄色变为无色后取出，吹去孔中残留溶液，空气中120℃干燥2 h，550℃焙烧6 h，制得系列蜂窝整体式催化剂。

1.2催化剂活性评价

以甲苯完全燃烧为模型反应，采用固定床流动反应装置评价催化剂活性，采用气相色谱仪(FID)分析反应物和产物。

2结果与讨论

2.1贵金属负载量

表1为贵金属负载量对催化剂性能的影响，以甲苯转化率分别为10%、50%和95%的温度评价催化剂活性。由表1可以看出，低温条件下，催化剂活性较低，达到起燃温度后，催化剂呈现较好的催化性能。单一贵金属Pd/Al2O3催化剂的催化活性较低，即使增加Pd含量，达到T95温度也要升至460℃。添加少量Pt后，催化活性大大提高，T10温度远低于单金属催化剂，但同时增加Pd和Pt含量，T95没有大的变化，表明贵金属粒子在催化剂上的活性位有一定饱和度，适宜的贵金属比例对催化剂性能有决定作用。选择Pd和Pt负载质量分数分别为0.05%和0.005%。

表1　贵金属负载量对催化剂性能的影响

2.2助剂

表2为添加助剂Zr、Ce、La和Y对催化剂活性的影响。

表2　助剂对催化剂性能的影响

由表2可以看出，不添加助剂催化剂上甲苯转化率明显低于添加助剂的复合涂层催化剂。原因为高温环境下，Al2O3易发生相变,转变为热力学上稳定的α-Al2O3，使比表面积大幅度减小,催化剂活性降低。添加助剂Zr、Ce、La和Y的催化剂性能差别较大，添加助剂Ce的性能最好，原因为CeO2基复合氧化物具有较好的氧化还原性和储氧性能，防止涂层面积减小，利于活性组分分散，表现出较高的热稳定性和低温催化性能。

2.3助剂负载量

助剂负载量对催化剂性能的影响如表3所示。由表3可以看出，助剂Ce的负载量对催化剂活性影响较大，加入少量助剂Ce有利于贵金属粒子的分散和烧结，添加量过大，粒子将占据活性位，降低催化剂的催化活性。助剂Ce质量分数为1%可达到较好的催化效果。

表3　助剂负载量对催化剂性能的影响

2.4空速

以5 g·m-3甲苯为反应体系,在反应温度260℃、350℃和450℃条件下，考察空速对Pd-Pt/1%CeO2-Al2O3催化剂性能的影响，结果见图1。

图1　空速对Pd-Pt/1%CeO2-Al2O3催化剂性能的影响Figure 1　Effects of space velocity on catalytic properties of Pd-Pt/1%CeO2-Al2O3 catalyst

由图1可以看出，空速低于20 000 h-1时，反应物在催化剂表面停留时间长，反应更充分，利于达到反应平衡；空速大于20 000 h-1时，反应物与活性组分接触时间短，且很快离开反应体系，反应不充分，甲苯转化率低。适宜的空速低于20 000 h-1。

3结论

(1) 适宜的贵金属Pd、Pt负载量对催化剂性能影响较大，当Pd和Pt负载质量分数分别为0.05%和0.005%时，催化剂显示出较高的催化活性。

(2) 添加助剂可以明显提高催化剂活性，Ce添加质量分数1%时，催化剂活性最高。

(3) 空速对催化剂的催化活性影响较为明显，是工业化应用中必须考虑的重要因素，适宜的空速低于20 000 h-1。

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Catalytic performance of Pd-Pt-Ce/Al2O3catalysts for VOC purification treatment

Jiao Xiangdong1, Sheng Bin2, Chen Mengxia1, Chen Jinsheng1, Zhao Weirong1*, Hu Yuexia3, Huang Yuanyuan4

(1.Zhejiang University, Hangzhou 310007, Zhejiang, China; 2.Hangzhou Economic Technological Development Zone Environmental Monitoring Station, Hangzhou 310007, Zhejiang, China; 3.Jiangsu Angel Exhaust Gas Purification Co.,Ltd., Yixing 214201, Jiangsu, China;4.Hangzhou Shuangbo Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Hangzhou 310007, Zhejiang, China)

Abstract:Pd-Pt-Ce/Al2O3 catalysts were prepared by the impregnation method.The influence of Pd and Pt loadings,the types and loadings of the additives and space velocity on catalytic activity of the catalysts for toluene combustion was investigated.The results showed that the suitable content of noble metals and additives could significantly improve the catalytic activity of Pd-Pt/Al2O3 catalysts.When the mass fractions of Pd,Pt and Ce were 0.05%,0.005% and 1%,respectively,Pd-Pt-Ce/Al2O3 catalyst exhibited better catalytic activity under low temperature condition.The space velocity had obvious influence on the catalytic activity of the catalyst and suitable space velocity was less than 20 000 h-1.

Key words:catalyst engineering; environmental engineering； precious metal catalyst；catalytic combustion

收稿日期：2016-01-27;修回日期：2016-03-23基金项目：国家科技支撑计划资助项目(2013BAC16B01)

作者简介：焦向东，1982年生，河南省平顶山市人，在读硕士研究生，研究方向为工业源VOCs的产生与处理方法。

doi:10.3969/j.issn.1008-1143.2016.05.006 10.3969/j.issn.1008-1143.2016.05.006

中图分类号：TQ426.6;X701

文献标识码：A

文章编号：1008-1143(2016)05-0031-03

催化剂制备与研究

通讯联系人：赵伟荣，浙江省杭州市人，副教授，硕士研究生导师,研究方向为环境催化技术、水污染控制技术、高级氧化技术和废物资源化技术。