「湖南钯碳回收」 有机废气催化燃烧用贵金属钯整体式催化剂的研究

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「湖南钯碳回收」 有机废气催化燃烧用贵金属钯整体式催化剂的研究

「湖南钯碳回收」 有机废气催化燃烧用贵金属钯整体式催化剂的研究
392化工新型材料第39卷第2期
有机废气催化燃烧用贵金属钯整体式催化剂的研究
林探厅余倩李永峰刘祖超姚煌李俊余林李聪
广东工业大学轻工化工学院,广东,广州
摘要催化燃烧法是当前处理挥发性有机废气最有前景的方法。贵金属钯催化剂对有机废气具有较高的催化燃
烧活性,因此研究钯整体式催化剂用于有机废气的洁净化处理具有较好的工业应用前景。主要介绍了化学镀法制备贵金
属钯整体式催化剂的基本原理、特点和制备工艺。
关键词贵金属,钯,有机废气,催化燃烧,整体式催化剂,化学镀
目前,我国的大气污染综合治理技术总体发展缓慢,有毒剂和非贵金属催化剂。从应用的角度,贵金属催化剂具有较
有害有机废气的综合治理技术尤为落后,还存在处理方法少、高的活性、不易挥发以及对反应器材质等的要求比较低,因此
应用技术单一、多数技术不成熟。国内外有机废气的净化处具有较好的工业应用前景。
理主要有热焚烧、生物处理、吸附剂回收和催化燃烧等技术形贵金属在催化剂中起主要的催化活性作用,所以在贵金
式。有些行业的有机废气,特别是含无机物、尘粒、油分等复属负载量限定的情况下,其负载方法就显得尤为重要[3]。其
杂有机废气还没有合适的治理技术。珠江三角洲地区工业有负载方法有浸渍法[4],溶胶凝胶法[5]和化学镀法,本文着重介
机废气不论成分、不论简单或复杂、不论适合与否,基本上都绍化学镀法制备整体式催化剂的研究。
是采用吸附法,并且基本上没有配套建设再生装置,吸附剂饱
1化学镀法
和后既未再生,也因其价格昂贵很少更换;少数采用吸附催化
燃烧法也因催化剂易中毒、寿命短、燃烧设施的安全性差而不化学镀法[6]或称为化学自沉积的基本原理是利用溶液
能稳定运行,造成治理设施难以发挥作用;也有少数采用简单中的还原剂将金属离子还原为金属并沉积在基体表面形成镀
水喷淋处理,净化效率低且易产生二次污染。层,操作方便、工艺简单、镀层均匀、孔隙率小、外观良好,且能
催化燃烧法是当前处理挥发性有机废气有效和经济的方在不锈钢、多孔铂、玻璃、陶瓷、塑料等多种金属与非金属基体
法之一,特别适于流量大、气体浓度较低时苯类、醛类、酮类、上沉积。对于钯膜,使用的
「湖南钯碳回收」 有机废气催化燃烧用贵金属钯整体式催化剂的研究
金属盐有3432,
醇类等有机废气的处理。它借助催化剂的作用使有机废气在342,2;常用的还原剂为肼或次亚磷酸钠。通常,
较低的起燃温度下进行无焰燃烧分解成二氧化碳和水蒸气,载体还需预处理以获得钯核,以降低液相中的自催化反应。
并放出大量热能,具有燃料消耗量少,燃烧完全,污染小,处理该方法可在复杂表面形成厚度均匀、强度较高的膜,钯及其合
效率高等优点[1],被认为是目前最有前景的有机废气处理方金膜均可采用此法制备。
法。而工业有机废气处理过程一般需在较高温、高空速下进李玉山等[7]采用化学镀法的方法,将钯负载到载体上,制
行,伴随着强热冲击和粉尘,在这些场合,整体式催化剂往往备出粉末单钯汽车尾气催化剂,通过和等分析技
是唯一的选择[2]。燃烧用整体式催化剂主要分为贵金属催化术对催化剂的结构和表面形貌进行了表征,在模拟汽车尾气
联系人:余倩1964-,济宁钯碳回收女,博士,教授,硕士生导师,从事催化材料的研制和分析化学的研究。
第2期林探厅等:有机废气催化燃烧用贵金属钯整体式催化剂的研究·11·
净化催化装置上初步研究了其催化效果,并与传统浸渍法所中心,使化学镀得以自发进行[11]。氯化钯是最常用的活化贵
制备的催化剂进行性能对比。结果表明,化学镀法可以实现金属离子化合物,活化过程中的反应包括:
纳米钯微晶颗粒在助剂涂层上的均匀负载,并且省去了传统2+-2-→4+
制备方法中的高温还原活化步骤,催化剂的催化性能也优于2++2-→
传统浸渍法所得催化剂的催化性能。郑向江[8]「湖南钯碳回收」分别采用浸渍在化学镀的开始阶段,先是在催化中心开始由晶核成长
法和化学镀法将负载到涂浆后的载体上,利用催化剂活性为晶格,然后逐步增大形成连续的金属膜。从结晶开始成长
评价装置对两种方法制备的催化剂进行活性评价。结果表到北京氧化钯回收出现肉眼可以看见的金属膜的这段时间,称为化学镀的诱
明,化学镀法制备的催化剂催化性能优于浸渍法,经过高温老导期[11]。诱导期的长短与敏化和活化的作用和效果有关,而
化处理后对氧化仍然有比较好的催化选择性。活化效果主要体现在载体上催化中心的数量多少。催化中心
1.1化学镀的特点的数量与沉积在表面上敏化剂的数量和种类及活化条件催
化学镀具有独特的工艺性和优异的镀层性能:1工艺装化剂种类、活化离子浓度、酸度和温度等、持续的时间有关。
置简单、投资低,不需要电源和电极;2镀层均匀、致密,镀层从工业化生产角度考虑,因为活化用的氯化钯价格昂贵,活化
厚度容易控制,特别适于具有内孔、细小孔、盲孔等的载体,只液中氯化钯的浓度对生产成本的影响最大,为了节约生产成
要镀液能够达到的部位,皆能获得均匀的涂覆层;3镀层外本,在保证化学镀诱导期不至太长而且化学镀层均匀的前提
观良好、晶料细、致密、空隙率低、光亮或半光亮可根据要求下,活化液氯化钯的浓度应越小越好,且可多次使用。
获得其他颜色;4镀层根据其成分不同,可以获得非晶态、1.2。2基体的化学镀钯
微晶、细晶等组织结构;5可在非金属材料表面镀覆;6镀1镀液组成:
层化学稳定性好,耐酸、碱、盐腐蚀的能力强以及良好的磁性按照还原剂的不同分为次亚磷酸钠镀液和肼镀液[12],分
能;7镀层硬度高、润滑性好、抗磨损和擦伤的能力强。别见表1和表2。
12化学镀钯的工艺以化学镀钯为例表1次亚磷酸钠镀液组成
传统的化学镀钯的具体过程主要分为两步:载体的预处成份浓度温度/℃值用途
理和化学镀钯。20.05~0.5/源
~修饰剂
1.2。1载体的预处理[9]36%38%2/
425%80/40~609~10「湖南钯碳回收」络合剂
由于采用的载体,如松江钯粉回收多孔陶瓷、不锈钢和玻璃等都是惰性
413.5/稳定剂
的,要引发化学镀的自催化氧化还原反应和控制反应只发生
22·25/还原剂
在预期的膜载体表面上,必须将载体进行预活化,即将钯核先
植在预期的载体表面上,所以活化效果直接影响着膜的性能。
表2肼镀液组成
敏化:对处理过的载体进行敏化处理,主要用氯化亚锡的
成份浓度温度/℃值用途
盐酸溶液进行浸渍,使载体负载上氯化亚锡。当从敏化液中
20.005~0.05/源
取出水洗时吸附的二价锡离子水解成凝胶膜而
,36%~38%2/修饰剂
附着在载体表面:425%240/20~6510~11络合剂
2+2→↓+40/稳定剂
在随后的活化处理时,凝胶膜中的2+离子将活化剂还245/还原剂
原成有催化活性的晶核而附着于载体表面,为实现后续化学
反应机理
镀提供必要条件。氯化亚锡的特点是可在很宽的浓度范围2
将预处理过的载体浸入化学镀液中,络合的二价钯离子
内,在非金属材料表面都有一个较恒定的吸附值,比如从1~
以载体上的钯核为催化活性中心,与镀液中的还原剂次亚磷
200/,都可以获得敏化效果[10]。根据敏化的机理,在敏化
2+酸钠或肼发生自催化反应,还原出零价的单质钯,并高度分
过程中,在非金属表面的吸附层是在水洗的过程中形成
散、均匀地沉积在钯核周围。所以镀液的组成是十分关键的,
的,所以敏化时间的长短并不重要,清洗却很重要,这是因为
它影响着整个钯镀层的物化性能。
二价锡外面多少都会有四价锡的胶体存广东钯碳回收在,特别是对于使用
化学反应方程式
过一段时间后的敏化液更是如此,如清洗不好会影响敏化效3
在以次磷酸盐为还原剂的镀槽反应为[13]
果,但过度清洗会使二价锡脱附,导致敏化效果下降。敏化和:
阴极2+-→↑
清洗过程中,应不断缓慢移动或抖动载体,而不能机械搅拌,:34+2+43
因为搅拌可能会使载体表面所吸附凝胶膜受到0.95
-2-+
破坏。阳极:222+「湖南钯碳回收」22→23+4+2↑+
活化:对敏化过的载体进行活化处理,主要用酸化的氯化2
钯溶液浸渍,使其与氯化亚锡反应,生成纳米级的金属钯核催-1.80
2+2-
化活性中心。活化原理为:贵金属离子作为氧化剂被载体表总反应:34+22+22→+43
面吸附的二价锡离子还原,还原生成的贵金属如、等,具↑+23+4+2↑
有较强的催化活性,在随后的化学镀时,这些颗粒将成为催化02.75下转第19页
2222
2222
第2期胡仲禹等:有机纳米材料的研究进展·19·
[]。[28],。,
上接第11页有机废气催化燃烧是一种高效、环保的能源利用和废气
在以肼为还原剂的镀槽反应为[13]:处理技术,化学镀钯制备整体式催化剂具有适用空速高、催化
2+-效率高、机械强度和热稳定性好的特点两者的结合对于能源
阴极反应:34+2→+43↑,
00.95工业和环境保护有极为重大的意义,有广阔的发展前景。
--因此,我们应重视化学镀法在催化燃烧整体式催化剂制
阳极反应:24+4→2↑+42+4
0-1.12备领域中的应用。
2+-0
总反应式为:234+24+4→2+
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