γ -Al₂O₃(德国Sasol公司)与去离子水按1: 1.5配成均匀悬浮液, 添加硝酸铂(英国JM公司)溶液, 贵金属Pt添加量为氧化铝质量的0.5%, 再加入聚乙二醇助剂, 搅拌2 h。经过高能球磨机, 将液体研磨成粒径d₉₀=15 μ m的浆液, 采用定量真空涂覆技术, 对孔密度200 cpsi和外形尺寸为150 mm× 150 mm× 100 mm的蜂窝瓷载体进行涂覆, 120 ℃干燥2 h, 550 ℃焙烧2 h, 制成整体式蜂窝瓷催化剂Pt/Al₂O₃, 涂覆量为225 g, 贵金属Pt含量为1.125 g; 相应的进口催化剂采用传统等体积浸渍法制备, 贵金属Pt含量为2.25 g。

在某顺丁橡胶工厂尾气单元排气管引出侧线, 引入电加热盘管, 控制催化剂前面废气浓度, 再分两路分别经过制备的Pt/Al₂O₃催化剂与进口催化剂, 采用Agilent 6890气相色谱检测催化前后3种化合物浓度, FID监测器, HP-PLOT U (30 m× 0.32 mm× 10 μ m)色谱柱, 以He气作为载气, 进样口温度150 ℃, 检测室温度180 ℃, 用六通阀在线检测不同温度下的催化剂前后气体浓度, 计算转化率。

采用CO化学吸附法测量Pt/Al₂O₃催化剂中贵金属Pt分散度, 利用脉冲方式, 以50 s N₂与30 s CO相互交替的方式通入反应气氛, 在反应器出口检测CO浓度。根据金属分散度定义, 计算Pt/Al₂O₃催化剂中Pt分散度。

采用透射电子显微镜JEOL JEM-2100, 电子束加速电压200 kV, 分辨率0.23 nm。将粉末先分散在乙醇中, 再超声分散15 min, 取上层液体滴加在200目铜网的多孔碳膜上, 干燥。

Pt/Al₂O₃催化剂与进口催化剂氧化正己烷能力的对比结果如图1所示。

图1

Figure 1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 正己烷转化率曲线Figure 1 n-Hexane conversion curves

从图1可以看出, 100 ℃时, Pt/Al₂O₃催化剂上正己烷转化率约15%, 进口催化剂上转化率只有7%; 250 ℃时, Pt/Al₂O₃催化剂上正己烷完全氧化, 而进口催化剂正己烷转化率95%。因此, 采用Pt/Al₂O₃催化剂, 只需要将尾气温度提高到250 ℃。

利用CO化学吸附方法检测Pt/Al₂O₃催化剂与进口催化剂中活性组分Pt分散度, 分别为75.9%和58.7%, 表明贵金属Pt在Al₂O₃表面结合时, 聚乙二醇助剂既是还原剂又是稳定剂, 可以防止溶液中贵金属颗粒的团聚和沉淀, 从而提高贵金属Pt在Al₂O₃表面的分布^{[8, 9]}。

对Pt/Al₂O₃催化剂与进口催化剂进行TEM表征, 结果如图2所示。

图2

Figure 2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 Pt/Al2O3催化剂与进口催化剂的TEM照片Figure 2 TEM images of Pt/A2O3 catalyst and imported catalyst

从图2可以看出, Pt/Al₂O₃催化剂中颜色较深的贵金属Pt粒子均匀分布在浅色Al₂O₃载体上; 进口催化剂中贵金属Pt粒子有少部分均匀分布在载体上, 大部分是一族一族团聚在载体表面, 表明Pt/Al₂O₃催化剂中贵金属在载体表面具备更好的分散性。

在某顺丁橡胶尾气单元进行Pt/Al₂O₃催化剂工业应用, 催化剂入口温度250 ℃, 正己烷原始浓度800 mg· m^-3, 空速15 000 h^-1, 运行1年。应用结果表明, 反应后正己烷出口浓度为(2~5) mg· m^-3, 转化率达到99%以上, 与侧线测试结果吻合; 苯、甲苯、二甲苯和苯乙烯等非甲烷碳氢排放值均小于2 mg· m^-3, 完全满足《中华人民共和国国家标准大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)规定的非甲烷类总烃含量低于120 mg· m^-3的要求, 催化剂活性稳定, 出口废气浓度变化不大。