CN1152742C - 有机卤化物分解催化剂的制造方法和有机卤化物分解过滤器的制造方法 - Google Patents

有机卤化物分解催化剂的制造方法和有机卤化物分解过滤器的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了不用担心二噁英类和溴化二噁英类的再合成，即使在低温也可得到优秀分解率的有机卤化物分解催化剂。通过将Pt和/或Pd的盐和Ti醇盐衍生物、和作为有机结合体的氨基酸在溶剂中反应，合成分子内含有Pt和/或Pd和Ti的有机金属前体，将其加热，得可到Pt和/或Pd的微粒子在TiO2中分散的有机卤化物分解催化剂。另外，可将该催化剂负载于陶瓷过滤器的净化侧表面。由于Pt和/或Pd微粒子在钛粒子中均一分散可增加活性点，因此比现有方法制造的催化剂活性高，即使在不足200℃时也可发挥优秀的分解效果。

Description

有机卤化物分解催化剂的制造方法和 有机卤化物分解过滤器的制造方法
发明所属技术领域
本发明涉及主要在焚烧炉废气处理中使用的有机卤化物分解催化剂的制造方法和有机卤化物分解过滤器的制造方法。
背景技术
降低都市垃圾焚烧炉产生的有机卤化物的对策，有改善燃烧条件和废气处理高度化。在将一般有机卤化物等卤化有机物质完全氧化分解进行燃烧的过程中，必须要维持1000℃以上的高温，但是为了避免损伤炉壁，通常燃烧温度定为800～900℃，通过改善燃烧条件进行以有机氯化物为代表的有机卤化物的完全氧化分解是不容易的。
另外，在炉内局部低温处即容易发生不完全燃烧的自动加煤炉中，必须设计为使有机卤化物完全氧化分解的再燃烧部分，但是这样存在由于废气总量的增加或再燃烧用燃料引起的运行成本增加的问题。
另外，在有机卤化物中，已知二噁英类和溴化二噁英类不仅在燃烧过程生成，而且从未热分解的残留未燃烧组分或具有苯环的前体物质在300～500℃的较大温度范围内可以再合成。因此，即使在燃烧过程中试图减低二噁英类和溴化二噁英类，由于在其后的阶段被再合成，还是有废气中二噁英类和溴化二噁英类没有减低的情况。
由于上述理由，为使以二噁英类和溴化二噁英类为主的废气中的有机卤化物稳定地维持在低浓度，通过废气处理的除去处理成为必要的。
作为通过废气处理除去以二噁英类和溴化二噁英类为主的有机卤化物的处理方法，可列举用活性炭吸附的吸附法和用催化剂分解的催化分解法。虽然吸附法在现在的有机卤化物处理中占主流，但是除了费用高，吸附了二噁英类的活性炭成为二次废弃物，其后处理也成为要解决的课题。催化分解法存在不产生二次废弃物的优点，但是存在催化副反应造成二噁英类再合成的问题和催化剂劣化的问题。
以前，作为有机氯化物分解催化剂，使用V2O5-TiO2类或V2O5-WO3-TiO2类等脱氮催化剂，但是特别是在催化剂入口二噁英类浓度低的情况下，确认了逆向生成了二噁英类。近年来，根据住民协定等，很多都将废气中的二噁英类浓度抑制在政府标准值的1/10以下，因此催化剂引起的二噁英类再合成成为问题。另外，以前的催化剂由于必须在200～500℃的高温使用，因此存在必须将废气再加热的问题。
近年来，与二噁英类相同，与废弃物焚烧工序或废气处理工序产生的溴化二噁英类对人健康的影响程度，其产生过程相关的调查研究日渐活跃。
因此，本发明者等，对催化剂引起的二噁英类和溴化二噁英类的再合成现象进行了研究，结果发现，是由V2O5造成的，如果使用Pt和/或Pd，可得到不用担心再合成的以二噁英类和烯化二噁英类为主的有机卤化物的分解催化剂。考虑到为制造将Pt和/或Pd分散于钛的普通方法，可以是将Pt和/或Pd盐的水溶液在二氧化钛粉末或其烧结体中涂层或含浸，加热分解析出Pt和/或Pd的方法。
但是用该方法得到的有机卤化物分解催化剂，为使析出的Pt和/或Pd的粒子径大，且在二氧化钛表面均一析出，在二氧化钛粒子径小时，存在不能有效发挥催化剂效果的问题。另外，在高温加热时，在二氧化钛粒子烧结的同时，由于导致二氧化钛和贵金属粒子的粒成长(烧结)，存在催化剂活性降低的问题。
发明要解决的课题
本发明的目的是为解决现有技术中存在的问题，提供通过将Pt和/或Pd微粒子在钛粒子中均一分散可增加活性点，另外，不用担心二噁英类和溴化二噁英类的再合成，且可将催化剂反应温度降低到200℃以下，确实可氧化分解以二噁英类和溴化二噁英类为主的有机卤化物的有机卤化物分解催化剂的制造方法。
本发明的另一目的是提供利用该有机卤化物分解催化剂的有机卤化物分解过滤器的制造方法。
解决课题的手段
为解决上述课题的本发明的有机卤化物分解催化剂的制造方法，其特征在于，通过将Pt和/或Pd的盐和Ti有机化物、有机结合体在溶剂中反应合成分子内含有Pt和/或Pd和Ti的有机金属前体，将其加热，得到Pt和/或Pd的微粒子在TiO2中分散的有机卤化物分解催化剂。
另外，本发明的有机卤化物分解过滤器的制造方法，其特征在于，通过将Pt和/或Pd的盐和Ti有机化物、有机结合体在溶剂中反应合成分子内含有Pt和/或Pd和Ti的有机金属前体，将其涂布于陶瓷过滤器净化侧表面，或通过含浸涂布于过滤器内部细孔壁面，加热，使得Pt和/或Pd的微粒子在TiO2中分散的有机卤化物分解催化剂负载于陶瓷过滤器上。
通过本发明方法得到的有机卤化物分解催化剂，由于将分子内含有Pt和/或Pd和Ti的有机金属前体加热使得Pt和/或Pd的微粒子在TiO2中分散，比现有的涂布或含浸法得到的催化剂活性点大幅度增加，可使催化剂高度活化。因此可减少高价的Pt或Pd的用量，降低成本。有机金属前体的加热在450～500℃的加热温度，空气氛围气中，在常压下进行。加热时间，根据与加热温度等的关系，为将有机结合体完全烧毁，且Pt或Pd在TiO2中分散所需的足够的时间。另外，由于在不到200℃的低温条件下，有机卤化物也可以分解，因此不需将废气再加热，也不再合成有机卤化物。另外，在本发明中“Pt或Pd”是指“Pt和/或Pd”。
另外，用本发明的方法得到的有机卤化物分解过滤器，由于是在陶瓷过滤器的净化侧表面或过滤器的过滤壁面内部负载有具有如此作用的有机卤化物分解催化剂，因此具有在除去粉尘的同时进行有机卤化物的分解的优点。
发明实施的方式
下面显示各发明的优选实施方式。
首先，将Ti有机化合物和Pt和/或Pd的可溶性盐在含有有机结合体的溶剂中溶解。作为Ti有机化合物，可使用Ti的醇盐衍生物(例如，Ti的醇盐的一部分被乙酰丙酮酸酯基取代的衍生物或被三乙醇胺基取代的衍生物)，作为Pt的可溶性盐，可使用氯化铂酸、氯化铂酸六水合物，二氯化铂、四氯化铂等，作为Pd的可溶性盐可使用氯化钯、硝酸钯等。
在本发明，作为相对于Ti和贵金属的有机结合体，可使用L赖氨酸或L甘氨酸、L脯氨酸等氨基酸。特别是L脯氨酸相对于作为溶剂的甲醇溶解性高，因此是优选的。通过该有机结合体，Ti离子与Pt和/或Pd离子结合，固定于分子内。另外，作为Ti的有机化合物，优选使用Ti的醇盐衍生物。“有机结合体”是指Ti离子和Pt和/或Pd离子与有机结合体分子结合，固定于分子内，通过加热除去，生成TiO2和Pt和/或Pd的微粒子结合体的物质，对所得有机卤化物分解催化剂的物理性质不会有催化剂毒性等恶劣影响的物质。
上述各成分的优选混合比例是，相对于Ti有机化合物(例如，Ti的醇盐衍生物)100重量份，Pt和/或Pd盐为0.5～5重量份，甲醇为100～200份，氨基酸为0.1～1.5份。将其在70℃～80℃反应，可得到各成分在分子水平均匀分散的有机金属前体。这里，有机金属前体是指Ti离子与Pt和/或Pd离子在一个分子内通过化学键结合的物质，与溶解于溶剂中的状态不同，各离子的相对位置关系是固定的。在该状态，Ti和Pt和/或Pd通过氨基酸结合，在加热至450℃～500℃时作为有机结合体的氨基酸被烧毁，有机金属前体被分解，Pt和/或Pd被超微粒子化，高度分散于Ti被氧化的TiO2中，可得到相对于TiO2100重量份Pt和/或Pd为1～10重量份左右的有机卤化物分解催化剂。
该有机卤化物分解催化剂，由于Pt和/或Pd的超微粒子化，活性点增大，因此催化剂活性被提高。因此，与现有技术相比可降低Pt和/或Pd的使用量，可达到低成本化。另外，由于具有在不足200℃的低温也可分解有机卤化物的性能，因此具有不需将废气再加热等很多优点。该催化剂对二噁英类的分解效率，如后述实施例中记载的，比通过将二氧化钛粉末用Pt和/或Pd盐的水溶液涂层，加热分解析出Pt和/或Pd的方法得到的催化剂远远高出。
另外本发明制备有机卤化物分解过滤器的方法，不是将上述有机金属前体原样加热，而是与起糊作用的TiO2溶胶混合形成催化剂涂层溶液，将其涂布于多孔质的陶瓷过滤器净化侧表面进行加热。其结果将Pt和/或Pd超微细粒子化高度分散于TiO2中的有机卤化物分解催化剂负载在陶瓷过滤器的净化侧表面。另外通过将陶瓷过滤器含浸在该催化剂涂层溶液中加热，可将过滤器内部细孔壁面涂层。
如果该陶瓷过滤器在废气处理中使用，在用陶瓷过滤器过滤粉尘的同时，可通过有机卤化物分解催化剂将废气中的有机卤化物同时进行分解处理。另外，有机卤化物分解催化剂由于负载于净化侧或过滤器内部细孔壁面中，可防止废气中所含粉尘引起的催化剂劣化。另外，废气中的有机卤化物，通过含有催化剂的过滤器壁时被分解，通过过滤器壁中的细孔时废气流速增大，由于扩散效果与不具有通常的过滤器功能的蜂窝状、颗粒状催化剂相比，分解被促进。
除此之外，将有机金属前体的催化涂层溶液对活性炭吸附剂涂层或含浸，可将有机卤化物分解催化剂负载在活性炭吸附剂上。活性炭吸附剂有130～150℃的使用温度界限，但是本发明的有机卤化物分解催化剂即使在这样的低温范围内也可充分发挥二噁英类的分解效果。因此，如果该活性炭吸附剂在废气中使用，有机卤化物被活性炭吸附剂吸附的同时也可通过催化剂氧化分解，除了分解有机卤化物之外，还可吸附除去重金属或SO2，HCl。
附图的简要说明
图1是显示实施例3试验结果的图。
图2是显示实施例4试验结果的图。
实施例
(实施例1)为确认上述本发明的效果，使用催化剂工业中作为二噁英类的代替物质邻氯甲苯，测定其氧化分解率。
在试验中使用的是，相对于Ti的醇盐衍生物100重量份以1重量份的Pt混合，使用溶解于含有氨基酸的甲醇中的前体溶液将陶瓷蜂窝过滤器的表面含浸，达到每1升蜂窝容积含Pt为1g，加热生成有机卤化物分解催化剂。另外，为了进行比较，使用比表面积70mg2/g的二氧化钛粉末用Pt包覆的现有的二噁英类分解催化剂，同样达到每1升蜂窝容积含Pt为1g进行含浸，加热生成的物质。
将该两种蜂窝装配于装置内，在SV为8000h-1，温度190℃的条件下，通过含有邻氯甲苯和CO的废气，测定其分解效率。其结果，从本发明的前体溶液生成的催化剂与比较例的催化剂，都可将98％左右的CO分解，对于CO的氧化分解率没有显著的差异。但是，对于二噁英类的代替物质邻氯甲苯的氧化分解率，本发明的催化剂超过75％，而比较例的催化剂是50％左右，在不到200℃的低温范围中可确认本发明的优越性。
(实施例2)与上述实施例进行以二噁英类为主的有机氯化物的实施例相对，着眼于作为其它有机卤化物的以溴化二噁英类为主的有机溴化物，使用邻溴甲苯，测定其氧化分解率。
在试验中使用的是，相对于Ti的醇盐衍生物100重量份以1重量份的Pt混合，使用溶解于含有氨基酸的甲醇中的前体溶液将陶瓷蜂窝过滤器的表面含浸，达到每1升蜂窝容积含Pt为1g，加热生成有机卤化物分解催化剂。另外，为了进行比较，使用比表面积70mg2/g的用Pt包覆的二氧化钛粉末的现有的二噁英类分解催化剂，同样达到每1升蜂窝容积含Pt为1g进行含浸，加热生成的物质。
将该两种蜂窝装配于装置内，在SV为8000h-1，温度190℃的条件下，通过含有邻溴甲苯和CO的废气，测定其分解效率。其结果，从本发明的前体溶液生成的催化剂与比较例的催化剂，都可将98％左右的CO分解，对于CO的氧化分解率没有显著的差异。但是，对于作为有机溴化物的邻溴甲苯的氧化分解率，本发明的催化剂超过70％，而比较例的催化剂是40％左右，在不到200℃的低温范围中可确认本发明的优越性。
(实施例3)除了改变Pt的负载量，将蜂窝催化剂部分的温度定为190℃以上以外，与实施例1进行同样的试验。即，将Pt为0.25，0.5，1，5，10g/1升蜂窝，TiO2为100g/1升蜂窝混合。结果如图1所示。从图可知，Pt的量从1～10g/1升蜂窝，邻氯甲苯的除去氯几乎没有变化。但是，由于贵金属价格高，从成本考虑优选1g/1升蜂窝以下。
(实施例4)对于在实施例1的试验方法中，SV8000h-1，200℃，Pt、Pd为1g/1升蜂窝，TiO2100g/1升蜂窝混合时，测定用实施例1的方法和现有的方法(使用比表面积70mg2/g用Pt包覆的二氧化钛粉末的现有的类型的二噁英类分解催化剂，使同样的1升蜂窝容积含Pt，Pd量1g进行含浸，加热生成的物质)的CO分解率、邻氯甲苯分解率(O-CT分解率)和用邻溴甲苯代替邻氯甲苯使用时邻溴甲苯的分解率(O-BT分解率)。结果如图2所示。本发明的方法与现有方法相比，CO分解率、O-CT分解率、O-BT分解率都非常优秀，另外，对于Pd，确认可得到与Pt同样的试验结果。
发明效果
如上说明的那样，按照权利要求1的发明，利用有机金属前体将Pt和/或Pd的微粒子均一分散在二氧化钛中，可得到增加了活性点的有机卤化物分解催化剂。该催化剂，由于将催化反应温度降低到200℃以下也可确实进行有机卤化物的氧化分解，因此不需要现有技术那样的将废气再加热。而且与现有的V2O5-TiO2类或V2O5-WO3-TiO2类脱氮催化剂不同，即使在入口浓度低的情况下也不用担心二噁英类通过催化剂再合成。另外，按照权利要求2的发明，通过将Pt和/或Pd微粒子在Ti中分散的有机卤化物分解催化剂负载于陶瓷过滤器，可得到可同时进行除去粉尘和分解有机卤化物的陶瓷过滤器。

Claims (2)

1.有机卤化物分解催化剂的制造方法，其特征在于，通过将0.5-5重量份的Pt和/或Pd的盐、100重量份Ti醇盐衍生物和0.1-1.5重量份氨基酸在100-200重量份溶剂中反应合成分子内含有Pt和/或Pd和Ti的有机金属前体，将所述有机金属前体热，得到Pt和/或Pd的微粒子在TiO2中分散的有机卤化物分解催化剂。
2.有机卤化物分解过滤器的制造方法，其特征在于，通过将0.5-5重量份的Pt和/或Pd的盐、100重量份Ti醇盐衍生物和0.1-1.5重量份氨基酸在100-200重量份溶剂中反应合成分子内含有Pt和/或Pd和Ti的有机金属前体，并将所述有机金属前体涂布于陶瓷过滤器净化侧表面或通过含浸将有机金属前体涂布于过滤器内部细孔壁面，将所得过滤器加热，使得Pt和/或Pd的微粒子在TiO2中分散的有机卤化物分解催化剂负载于陶瓷过滤器上。
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