一种MCM-41负载CuO-CeO2纳米晶催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种MCM‑41负载CuO‑CeO2纳米晶催化剂的制备方法及应用，制备方法包括：(1)载体MCM‑41的制备；(2)CuO‑CeO2/MCM‑41催化剂的制备，所制备的催化剂用于低浓度氯苯催化燃烧。本发明专利技术制备的催化剂具有活性组分尺寸小、分散均匀的特点，且催化燃烧氯苯的活性高，耐久性良好，是一种具有良好应用前景的性能优异的降解VOC的催化剂。

Preparation and Application of a MCM-41 Supported CuO-CeO2 Nanocrystalline Catalyst

The invention discloses a preparation method and application of MCM 41 supported CuO CeO 2 nanocrystalline catalyst. The preparation methods include: (1) preparation of carrier MCM 41; (2) preparation of CuO CeO 2/MCM 41 catalyst, and the prepared catalyst is used for catalytic combustion of low concentration chlorobenzene. The catalyst prepared by the invention has the characteristics of small size of active component, uniform dispersion, high activity of catalytic combustion of chlorobenzene and good durability, and is a catalyst with good application prospect and excellent performance for VOC degradation.

【技术实现步骤摘要】
一种MCM-41负载CuO-CeO2纳米晶催化剂的制备方法及应用
本专利技术涉及催化剂
，特别是涉及一种MCM-41负载CuO-CeO2纳米晶催化剂的制备及其在低浓度氯苯催化燃烧的应用。
技术介绍
MCM-41分子筛具有六边形有序排列的孔隙，比表面积大，尺寸大小均一，热稳定性高，孔径可在一定范围内连续调节，适合作为载体。现有文献中，关于MCM-41负载贵金属的催化剂已有报道，但贵金属催化剂可能由于氯中毒和聚氯化副产物的产生而发生失活，并且贵金属资源很少，因此用作制备催化剂的成本很高。在已有的研究中，并未发现将过渡金属氧化物纳米晶负载于MCM-41应用于氯苯催化降解方面的报道，并且现有的过渡金属催化剂用于氯苯催化燃烧的活性较低，因此亟需一种高活性的催化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种MCM-41负载CuO-CeO2纳米晶催化剂的制备方法及应用，制备的催化剂具有活性组分尺寸小、分散好的特点，可用于高效催化燃烧低浓度氯苯。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种MCM-41负载CuO-CeO2纳米晶催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)载体MCM-41的制备：将40wt％TEAOH溶液和SiO2以质量比10:1的比例混合得到混合液A，将所得混合液A与25wt％CTAC溶液、去离子水搅拌混合后再加入SiO2得到凝胶，其中混合液A、CTAC溶液、去离子水和SiO2的质量比为12.21:20.3:5.94:5.91，然后将凝胶置于Teflon瓶中，在100℃下加热晶化120h，晶化结束后经冷却、过滤、洗涤后得到的固体产物置于80℃的烘箱中干燥12h，最后将干燥后的固体产物在空气氛围中、550℃温度下煅烧5h以除去模板剂CTAC，得到载体MCM-41；(2)CuO-CeO2/MCM-41催化剂的制备：将所制得的MCM-41分散在超纯水中，然后滴入Cu(NO3)2·3H2O溶液和Ce(NO3)3·6H2O溶液，并在25℃下充分搅拌1h，其中MCM-41、超纯水、Cu(NO3)2·3H2O溶液和Ce(NO3)3·6H2O溶液的用量比为1g:100mL:1.7mL:0.288mL，再滴加氨水调节pH至9.0，继续搅拌12h后经离心、洗涤得到固体产物，将固体产物在60℃空气氛围中干燥12h，然后再置于马弗炉中500℃煅烧2h，得到CuO-CeO2/MCM-41催化剂，其中Cu和Ce共占催化剂总质量的10％，Cu与Ce的摩尔比为6:1。所述步骤(2)中，Cu(NO3)2·3H2O溶液的浓度为1mol/L，Ce(NO3)3·6H2O溶液的浓度为1mol/L，氨水的浓度为1mol/L。所述催化剂用于低浓度氯苯催化燃烧。由于载体MCM-41具有较大的比表面积和丰富的空隙结构，在挥发性有机物通过时，可以发挥多孔作用，吸附大量的有机物，而且MCM-41作为载体可使活性组分在其表面或孔内高度分散，从而提高催化燃烧低浓度氯苯的活性。本专利技术的有益效果是：以MCM-41为载体制备CuO-CeO2纳米晶催化剂，活性组分颗粒尺寸小，分散均匀，催化燃烧氯苯的活性高，耐久性良好，是一种具有良好应用前景的性能优异的降解VOC的催化剂。附图说明图1是CuO-CeO2/MCM-41催化剂的高分辨透射电镜图；图2是载体MCM-41与CuO-CeO2/MCM-41催化剂的氮气吸脱附对比图；图3是CuO-CeO2/MCM-41催化剂用于低浓度氯苯催化燃烧的活性图；图4是CuO-CeO2/MCM-41催化剂的耐久性测试图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步描述：催化剂的制备(1)载体MCM-41的制备：将40wt％TEAOH溶液和SiO2以质量比10:1的比例混合得到混合液A，将所得混合液A与25wt％CTAC溶液、去离子水搅拌混合后再加入SiO2得到凝胶，其中混合液A、CTAC溶液、去离子水和SiO2的质量比为12.21:20.3:5.94:5.91，然后将凝胶置于Teflon瓶中，在100℃下加热晶化120h，晶化结束后经冷却、过滤、洗涤后得到的固体产物置于80℃的烘箱中干燥12h，最后将干燥后的固体产物在空气氛围中、550℃温度下煅烧5h以除去模板剂CTAC，得到载体MCM-41；(2)CuO-CeO2/MCM-41催化剂的制备：将所制得的MCM-41分散在超纯水中，然后滴入1mol/L的Cu(NO3)2·3H2O溶液和1mol/L的Ce(NO3)3·6H2O溶液，并在25℃下充分搅拌1h，其中MCM-41、超纯水、Cu(NO3)2·3H2O溶液和Ce(NO3)3·6H2O溶液的用量比为1g:100mL:1.7mL:0.288mL，再滴加1mol/L的氨水调节pH至9.0，继续搅拌12h后经离心、洗涤得到固体产物，将固体产物在60℃空气氛围中干燥12h，然后再置于马弗炉中500℃煅烧2h，得到CuO-CeO2/MCM-41催化剂，其中Cu和Ce共占催化剂总质量的10％，Cu与Ce的摩尔比为6:1。所述催化剂用于低浓度氯苯催化燃烧。结果分析：图1是CuO-CeO2/MCM-41催化剂的高分辨透射电镜图。样品的形貌利用JEOL-2010型透射电镜表征，工作电压为200kV。由图1可知，CuO-CeO2/MCM-41催化剂的活性组分CuO和CeO2的颗粒直径在3～5nm，且活性组分均匀地分散在MCM-41表面。图2是载体MCM-41与CuO-CeO2/MCM-41催化剂的氮气吸脱附对比图。氮气吸脱附实验在TristarⅡ3020(MicromeriticsCompany，USA)全自动吸附仪上进行分析，实验条件如下：液氮温度(77K)下，利用N2吸附法测定SBET，利用Barrett-Joyner-Halenda(BJH)方法测定Vp。由图2可知，所制得的CuO-CeO2/MCM-41催化剂存在介孔结构，比表面积非常大。表1是载体MCM-41与CuO-CeO2/MCM-41催化剂的比表面积、总孔体积统计。从表1中可以看出，载体MCM-41的SBET和Vp分别在805.9m2/g和0.795cm3/g，负载CuO-CeO2纳米晶后，CuO-CeO2/MCM-41催化剂的SBET和Vp分别减小到478.5m2/g和0.367cm3/g，这说明部分负载的CuO-CeO2纳米晶进入了MCM-41的孔道内，使得部分孔道被堵塞。表1载体MCM-41与CuO-CeO2/MCM-41催化剂的比表面积、总孔体积统计aBETspecificsurfacearea.bTotalporevolumeestimatedatP/P0＝0.99.图3是CuO-CeO2/MCM-41催化剂用于低浓度氯苯催化降解的活性图。活性评价实验在WFS-3010(天津，先权)反应装置上进行，空速为20000h-1，氯苯浓度为1000ppm。利用在线气相色谱(Shimadzu，GC-14C，apan)，使用氢火焰离子化检测器(FID)检测进入色谱的有机物浓度。色谱工作条件如下：汽化室温度120℃，柱温80℃。采用N2000在线色谱工作站记录分析数据。由图3可知，CuO-CeO2/MCM-41催化剂在260℃使氯苯的转化率达到99.2％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MCM‑41负载CuO‑CeO2纳米晶催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)载体MCM‑41的制备：将40wt％TEAOH溶液和SiO2以质量比10:1的比例混合得到混合液A，将所得混合液A与25wt％CTAC溶液、去离子水搅拌混合后再加入SiO2得到凝胶，其中混合液A、CTAC溶液、去离子水和SiO2的质量比为12.21:20.3:5.94:5.91，然后将凝胶置于Teflon瓶中，在100℃下加热晶化120h，晶化结束后经冷却、过滤、洗涤后得到的固体产物置于80℃的烘箱中干燥12h，最后将干燥后的固体产物在空气氛围中、550℃温度下煅烧5h以除去模板剂CTAC，得到载体MCM‑41；(2)CuO‑CeO2/MCM‑41催化剂的制备：将所制得的MCM‑41分散在超纯水中，然后滴入Cu(NO3)2·3H2O溶液和Ce(NO3)3·6H2O溶液，并在25℃下充分搅拌1h，其中MCM‑41、超纯水、Cu(NO3)2·3H2O溶液和Ce(NO3)3·6H2O溶液的用量比为1g:100mL:1.7mL:0.288mL，再滴加氨水调节pH至9.0，继续搅拌12h后经离心、洗涤得到固体产物，将固体产物在60℃空气氛围中干燥12h，然后再置于马弗炉中500℃煅烧2h，得到CuO‑CeO2/MCM‑41催化剂，其中Cu和Ce共占催化剂总质量的10％，Cu与Ce的摩尔比为6:1。...

【技术特征摘要】
1.一种MCM-41负载CuO-CeO2纳米晶催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)载体MCM-41的制备：将40wt％TEAOH溶液和SiO2以质量比10:1的比例混合得到混合液A，将所得混合液A与25wt％CTAC溶液、去离子水搅拌混合后再加入SiO2得到凝胶，其中混合液A、CTAC溶液、去离子水和SiO2的质量比为12.21:20.3:5.94:5.91，然后将凝胶置于Teflon瓶中，在100℃下加热晶化120h，晶化结束后经冷却、过滤、洗涤后得到的固体产物置于80℃的烘箱中干燥12h，最后将干燥后的固体产物在空气氛围中、550℃温度下煅烧5h以除去模板剂CTAC，得到载体MCM-41；(2)CuO-CeO2/MCM-41催化剂的制备：将所制得的MCM-41分散在超纯水中，然后滴入Cu(NO3)2·3H2O溶液和Ce(NO3)3·6H2O溶液，并在25℃下充分搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：左树锋，郑洁，陈珠，成珍，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33