非贵金属VOCs催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种非贵金属VOCs催化剂。该非贵金属VOCs催化剂包括锰氧化物晶相构成的晶相结构或锰氧化物晶相与铜锰复合氧化物晶相构成的晶相结构，具有纳米纤维状的表面形貌。除此之外，本发明专利技术还公开了一种制备非贵金属VOCs催化剂的制备方法。本发明专利技术所制备出的非贵金属VOCs催化剂能够表现出优异的低温还原性，在实际使用过程中，催化剂的完全转化温度更低，操作空速更高，催化剂的装填量更少、系统阻力更小，大大提高了催化剂的经济实用性。本发明专利技术应用于化工催化技术领域，尤其适用于催化氧化挥发性有机气体。

Non-noble metal VOCs catalyst and its preparation method

The invention discloses a non-noble metal VOCs catalyst. The non-noble metal VOCs catalyst consists of a crystalline structure consisting of manganese oxide crystalline phase or a crystalline structure consisting of manganese oxide crystalline phase and copper-manganese composite oxide crystalline phase, with a nano-fibrous surface morphology. In addition, the invention also discloses a preparation method for preparing non-noble metal VOCs catalyst. The non-noble metal VOCs catalyst prepared by the invention can exhibit excellent low-temperature reduction performance. In practical use, the complete conversion temperature of the catalyst is lower, the operating space velocity is higher, the loading amount of the catalyst is less, the system resistance is smaller, and the economic practicability of the catalyst is greatly improved. The invention is applied to the field of chemical catalysis technology, especially to catalytic oxidation of volatile organic gases.

【技术实现步骤摘要】
非贵金属VOCs催化剂及其制备方法
本专利技术涉及工业催化
，具体而言，涉及一种非贵金属VOCs催化剂及其制备方法。
技术介绍
改革开放以来，中国经济得到了飞速发展，城市化进程快、水平高，随之带来的大气环境问题也愈发严重。VOCs被认为是引起复合型大气污染的主要原因，会造成光化学烟雾、臭氧消耗、雾霾等问题，严重威胁人类的生存与发展。因此，控制VOCs的排放，治理VOCs污染已经成为了解决大气污染问题的当务之急。VOCs处理技术多种多样，与现有的其它VOCs去除技术相比较，催化燃烧技术具有起燃温度低、能耗低、处理效率高、无二次污染，所需设备体积小等优点，这使其应用越来越广泛，成为目前最有效且经济可行VOCs去除技术之一。催化剂是催化燃烧技术的核心。以铂、金、钯，银为代表的贵金属催化剂在国内外已有研究中表现出良好的VOCs催化活性，可用于低温下VOCs的深度氧化，在工业应用中广泛用于废气处理。然而，高成本，低热稳定性、易烧结、抗毒耐氯性差等缺点影响了其更普遍的应用。而非贵金属氧化物对VOCs的深度氧化也表现出显著的活性，因此，非贵金属催化剂被认为是贵金属催化剂的低成本替代品。目前，非金属催化剂已成为国内外VOCs催化材料领域的研究难点和热点。研究表明，非贵金属催化剂诸如铜、锰、镍、铁、铬、钴、钼、钛等的氧化物均能在一定条件下完全去除VOCs。尤其是锰氧化物，在抗硫、抗氯、抗水蒸气等方面不仅优于贵金属催化剂，并且具有突出的结构多样性、环境兼容性、出色的阳离子交换能力、分子吸附性能以及在电化学、磁性能等方面的优异特性。中国专利文献CN107555481A中公开了一种锰氧化物材料，具有纤维棒组成的球状形貌，所述锰氧化物材料包括二氧化锰，所述二氧化锰包括α-MnO2的骨架结构和/或非晶态二氧化锰。中国专利文献CN105921146A中公开了H2O2快速还原法制备Mn基金属氧化物催化剂及其在VOCs低温催化燃烧中的应用，制备出了一种Mn基催化剂，催化剂分散性良好，有棒状和颗粒状的多层次特殊形貌结构。中国专利文献CN102909031A中公开了用于空气中甲苯催化消除的催化剂及其制备方法，制备了一种锰铁复合氧化物催化剂，该催化剂该催化剂的活性组分为Fe和Mn的复合氧化物，所述Fe和Mn的复合氧化物具有介孔结构。上述专利文献所制备出的VOCs催化剂低温还原性较差，无法满足起燃温度低、活性高、稳定性好等特性的要求。因而，研究易得、价格低廉、利于反应进行的高活性催化剂仍是一大挑战。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供非贵金属VOCs催化剂及其制备方法，以解决现有技术中VOCs催化剂低温还原性较差的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种非贵金属VOCs催化剂。该非贵金属VOCs催化剂包括锰氧化物晶相构成的晶相结构或锰氧化物晶相与铜锰复合氧化物晶相构成的晶相结构，具有纳米纤维状的表面形貌。进一步地，所述晶相结构包括MnO2晶相、Cu2Mn3O8晶相为主以及Mn2O3晶相为辅的多晶结构。由此使其表现出更优异的低温还原性。进一步地，所述Mn4+与Mn3+的摩尔比为0.20-0.32，所述Oads与Olatt的摩尔比为0.46-0.54。由此相比于其他催化剂，本专利技术中的非贵金属VOCs催化剂Mn4+含量较高，且具有丰富的表面吸附氧，有益于提高催化剂催化性能。本专利技术所制备出的非贵金属VOCs催化剂能够表现出优异的低温还原性，在实际使用过程中，催化剂的完全转化温度更低，操作空速更高，催化剂的装填量更少、系统阻力更小，大大提高了催化剂的经济实用性。为了实现上述目的，根据本专利技术的另一个方面，提供了非贵金属VOCs催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将高锰酸钾和碱的混合溶液与锰盐溶液或锰盐溶液与铜盐溶液的混合溶液进行混合，并伴以搅拌中和沉淀得到混合悬浊液，在室温下静置该混合悬浊液；将高锰酸钾和碱的混合溶液与锰盐溶液、铜盐溶液混合时最好为先在高锰酸钾和碱的混合溶液中加入锰盐溶液，再加入铜盐溶液。(2)向步骤(1)中所得混合悬浊液中加酸调节混合悬浊液至酸性，之后对混合悬浊液进行水热处理；(3)将步骤(2)所得混合悬浊液进行固液分离，对分离所得固体进行干燥，干燥所得物质即为非贵金属VOCs催化剂。进一步地，所述锰盐为氯化锰、硝酸锰、硫酸锰、醋酸锰中的一种，所述铜盐为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜中的一种。进一步地，在步骤(1)的锰盐和铜盐的混合盐溶液中铜离子与锰离子的摩尔比为0-0.3。进一步地，在步骤(1)中室温下静置混合悬浊液6-24h。进一步地，在步骤(2)中调节混合悬浊液的pH至3-5。进一步地，在步骤(2)中水热处理包括以下水热条件：水热处理温度为160-210℃，水热处理时间为24-48h，水热处理升温速率为10℃/min。进一步地，步骤(3)中所述干燥温度为110℃，干燥时间为6-12h。可见，本专利技术所制备出的非贵金属VOCs催化剂能够表现出优异的低温还原性，在实际使用过程中，催化剂的完全转化温度更低，操作空速更高，催化剂的装填量更少、系统阻力更小，大大提高了催化剂的经济实用性。本专利技术应用于化工催化
，尤其适用于催化氧化挥发性有机气体。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来辅助对本专利技术的理解，附图中所提供的内容及其在本专利技术中有关的说明可用于解释本专利技术，但不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是纳米纤维状铜锰催化剂、铜锰复合氧化物催化剂以及某商品贵金属催化剂催化燃烧甲苯的温度-转化率曲线图；图2是水蒸气对纳米纤维状铜锰催化剂在250℃催化氧化甲苯氧化活性的反应时间-转化率曲线图；图3是纳米纤维状铜锰催化剂和铜锰复合氧化物催化剂的XRD图；图4是纳米纤维状铜锰催化剂的结构SEM图；图5是纳米纤维状铜锰催化剂的表面形貌SEM图；图6是纳米纤维状铜锰催化剂的TEM图；图7是铜锰复合氧化物催化剂的结构SEM图；图8是铜锰复合氧化物催化剂的表面形貌SEM图；图9是纳米纤维状铜锰催化剂和铜锰复合氧化物催化剂的H2-TPR图；图10是纳米纤维状铜锰催化剂中锰、氧、铜元素的XPS图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本专利技术。在结合附图对本专利技术进行说明前，需要特别指出的是：本专利技术中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。此外，下述说明中涉及到的本专利技术的实施例通常仅是本专利技术一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。关于本专利技术中术语和单位。本专利技术的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。术语“XRD图”是指X射线衍射图谱，“SEM图”是指扫描电子显微镜图谱，“TEM图”是指透射电子显微镜图，“H2-TPR图”是指氢气程序升温还原图，“VOCs”是指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.非贵金属VOCs催化剂，其特征在于，包括锰氧化物晶相构成的晶相结构或锰氧化物晶相与铜锰复合氧化物晶相构成的晶相结构，具有纳米纤维状的表面形貌。

【技术特征摘要】
1.非贵金属VOCs催化剂，其特征在于，包括锰氧化物晶相构成的晶相结构或锰氧化物晶相与铜锰复合氧化物晶相构成的晶相结构，具有纳米纤维状的表面形貌。2.如权利要求1所述的非贵金属VOCs催化剂，其特征在于，所述晶相结构包括MnO2晶相、Cu2Mn3O8晶相为主以及Mn2O3晶相为辅的多晶结构。3.如权利要求1所述的非贵金属VOCs催化剂，其特征在于，所述Mn4+与Mn3+的摩尔比为0.20-0.32，所述Oads与Olatt的摩尔比为0.46-0.54。4.非贵金属VOCs催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将高锰酸钾和碱的混合溶液与锰盐溶液或锰盐溶液与铜盐溶液的混合溶液进行混合，并伴以搅拌中和沉淀得到混合悬浊液，在室温下静置该混合悬浊液；(2)向步骤(1)中所得混合悬浊液中加酸调节混合悬浊液至酸性，之后对混合悬浊液进行水热处理；(3)将步骤(2)所得混合悬浊液进行固液分离，对分离所得固体进行干燥，干燥所得物质即为非贵金属VOCs催化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：程琰，罗萌萌，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51