本发明专利技术属于环境催化及其制备技术领域，具体涉及一种三维有序大孔结构的锰钐复合氧化物催化剂的制备及其在挥发性有机物低温催化燃烧上的应用。本催化剂的主要组分为锰和钐，锰钐摩尔比为(0.95‑0.80):(0.05‑0.20)，能够在空速为30000mL/(g·h)、395℃下实现低浓度丙烷的完全催化燃烧去除。该发明专利技术使用有机聚合物微球作为制备锰钐复合氧化物的模板剂，经过高温煅烧去除有机模板进而形成三维有序的大孔结构，其纳米尺度的孔结构能够提高催化剂的比表面积，有利于挥发性有机物在催化剂体相中的扩散，从而提高催化剂的催化效率，本催化剂是一种新型廉价高效的环保催化净化材料。
Preparation and application of a three-dimensional ordered macroporous manganese samarium composite oxide
【技术实现步骤摘要】
一种三维有序大孔结构锰钐复合氧化物的制备及应用
本专利技术属于催化材料制备领域，具体涉及一种三维有序大孔结构锰钐复合氧化物催化剂的制备方法。
技术介绍
工业和汽车运输活动中排放的挥发性有机化合物(VOCs)是一类典型的大气污染物，对人体具有严重的危害，例如当VOCs气体达到一定浓度时，会引发头痛、恶心、呕吐、乏力等症状，严重时甚至造成人体抽搐、昏迷，伤害肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退等严重后果。催化燃烧被认为是处理VOCs尾气最有效和最经济的技术之一，目前商品化的催化剂多为负载型贵金属(如Pt、Pd和Rh)。尽管该类催化剂具有较高的低温催化性能，但受到成本高、热稳定性低、易烧结和易中毒等缺陷限制。作为贵金属的潜在替代品，复合金属氧化物由于其价格低廉、良好的抗中毒能力和热稳定性在VOCs催化燃烧反应中得到了广泛关注。复合金属氧化物的催化性能通常与非化学计量氧的数量、低温可还原性、比表面积和孔结构等因素有关。近年来通过对复合金属氧化物形貌的调控进而提高其催化燃烧活性成为研究热点，特别是三维有序大孔(3DOM)金属氧化物具备均一、有序的尺寸和内部孔道结构，有助于促进气相分子在催化剂内部的扩散；同时该类型氧化物具有较大的比表面积和活性位，能够加快催化燃烧反应的进行。这些优点使3DOM结构金属氧化物催化剂在机动车尾气和VOCs废气净化领域表现出广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够简单制备3DOM结构锰钐复合氧化物(Mn1-ySmyOx)催化剂的方法，主要包括以下步骤：<br>(1)称取一定量的过硫酸钾和去离子水加入到1L的四口圆底烧瓶中，在密封条件下搅拌并通入氮气处理30分钟后，将溶液加热到70℃；(2)向烧瓶中加入一定量的甲基丙烯酸甲酯(MMA)，保温1～2h后，将获得的乳白色液体经离心去除上层液体并用离子水洗涤3次，将离心获得的乳白色固体放入50℃烘箱干燥，获得白色粉末状聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；(3)以硝酸锰为锰源，六水合硝酸钐为钐源，PMMA作为有机模板剂，柠檬酸为络合剂，将硝酸锰、硝酸钐，柠檬酸溶于乙二醇和甲醇混合溶液中，在室温下搅拌1～3h得到澄清的前驱体溶液；所述硝酸锰中的锰元素与硝酸钐中的钐元素的摩尔比为(0.95～0.80):(0.05～0.20)；(4)搅拌的同时向步骤(3)得到的前驱体溶液中缓慢加入步骤(2)得到的PMMA，在30-50℃下搅拌2h，得到混合物；(5)将步骤(4)得到的混合物在室温下静置18～24h，然后真空抽滤去除液体，将过滤出PMMA模板剂在50℃烘箱干燥后置于管式炉中，先以1℃/min的升温速率升到350℃保持2h，随后升到500℃焙烧2～5h，自然冷却至室温，进而获得锰钐复合氧化物催化剂。在本专利技术的技术方案中：步骤(1)中的过硫酸钾为质量分数97.8％的过硫酸钾。步骤(2)中的MMA单体为质量分数99％的甲基丙烯酸甲酯。步骤(3)中的硝酸锰为质量分数50％的硝酸锰水溶液，硝酸钐为质量分数为98％的硝酸钐六水合物，柠檬酸质量分数为99.5％，乙二醇质量分数为98％，甲醇质量分数为99.5％，加入各种药品次序为：先加乙二醇、甲醇使之形成澄清溶液，再加硝酸锰，再加硝酸钐，最后加柠檬酸。步骤(5)中的抽滤为真空抽滤，管式炉通入流速为50mL/min的空气。本专利技术还提供了锰钐复合氧化物催化剂在VOCs低温催化燃烧领域的应用，以0.2％(体积浓度)丙烷废气催化燃烧为模型反应考察其催化性能，反应温度为100～400℃、空速为30000mL/(g·h)，实现其环境催化领域的应用。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术制备得到的锰钐复合氧化物催化剂无任何贵金属组分，利用多组分的复合金属氧化物能够显著提高催化活性；(2)本专利技术中通过选取具体的实验参数，以及控制锰和钐的摩尔比，制备得到的催化剂不仅具有三维有序大孔结构，利用三维有序大孔结构的孔道扩散功能可以加快反应物和产物在催化剂内部的传输，增加反应接触时间，并且提高催化效率；(3)本专利技术提供的催化剂可循环多次使用，能够保持长时间的催化使用寿命；(4)使用本专利技术提供的催化剂用于丙烷催化燃烧反应，在395℃下丙烷转化率即可达到100％，进而实现废气的达标排放。附图说明图1为实施例1制备的3DOM结构Mn0.85Sm0.15Ox和对比例1制备的BulkMn0.85Sm0.15Ox的X射线衍射图；图2为实施例1制备的3DOM结构Mn0.85Sm0.15Ox扫描电镜图；图3为实施例1制备的3DOM结构Mn0.85Sm0.15Ox的透射电镜图；图4为实施例1制备的3DOM结构Mn0.85Sm0.15Ox和BulkMn0.85Sm0.15Ox的丙烷催化燃烧活性图；具体实施例实施例1：一种三维有序大孔结构的锰钐复合氧化物催化剂的制备方法包括以下步骤：(1)称取0.2g过硫酸钾和750mL去离子水加入到1L的四口圆底烧瓶中，在密封条件下搅拌并通入氮气处理30分钟后，后将溶液加热到70℃；(2)向烧瓶中加入57.5mLMMA单体，并保温2h后，将获得的乳白色液体经离心去除上层液体并用离子水洗涤3次，将离心获得的乳白色固体放入50℃烘箱干燥，获得白色粉末状PMMA；(3)以硝酸锰为锰源，硝酸钐为钐源，PMMA作为有机模板剂，柠檬酸为络合剂，将6.0843g硝酸锰水溶液、1.3468g硝酸钐，1.921g柠檬酸溶于6.5mL乙二醇和3.5mL甲醇混合溶液中，在室温下搅拌2h得到澄清的前驱体溶液；所述前驱体溶液中的锰元素与钐元素的摩尔比为0.85:0.15；(4)搅拌的同时向步骤(3)前驱体溶液中缓慢加入8gPMMA模板剂，在40℃下搅拌2h；(5)将上述溶液在室温下静置24h，然后真空抽滤去除液体，将过滤出的PMMA模板剂在50℃烘箱干燥后置于管式炉中，先以1℃/min的升温速率升到350℃保温2个小时，随后升到500℃焙烧4个小时，自然冷却至室温，进而获得锰钐复合氧化物样品(三维有序大孔结构Mn0.85Sm0.15Ox)。实施例2：一种三维有序大孔结构的锰钐复合氧化物催化剂的制备方法本实施方式与实施例1不同的是：步骤(3)中硝酸锰中的锰元素与硝酸钐中的钐元素的摩尔比为0.95:0.05，其它与实施例1相同。实施例3：一种三维有序大孔结构的锰钐复合氧化物催化剂的制备方法本实施方式与实施例1不同的是：步骤(3)中硝酸锰中的锰元素与硝酸钐中的钐元素的摩尔比为0.90:0.10，其它与实施例1相同。实施例4：一种三维有序大孔结构的锰钐复合氧化物催化剂的制备方法本实施方式与实施例1不同的是：步骤(3)中硝酸锰中的锰元素与硝酸钐中的钐元素的摩尔比为0.80:0.20，其它与实施例1相同。实施例5：一种三维有序大孔结构的锰钐复合氧化物催化剂的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三维有序大孔结构的锰钐复合氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)取一定量的过硫酸钾和一定量离子水加入到1L的四口蒸馏烧瓶中搅拌，在密封条件下搅拌并通入氮气处理30分钟后，将溶液加热到70℃；/n(2)向烧瓶中加入一定量的甲基丙烯酸甲酯，保温1～2h后，将获得的乳白色液体离心去除上层液体并用去离子水洗涤3次，将离心获得的乳白色固体放到50℃烘箱中干燥，最终获得白色粉末状聚甲基丙烯酸甲酯；/n(3)将硝酸锰、硝酸钐，柠檬酸溶于乙二醇和甲醇混合溶液中，在室温下搅拌得到澄清的前驱体溶液；/n(4)搅拌的同时向步骤(3)得到的前驱体溶液中缓慢加入步骤(2)得到的聚甲基丙烯酸甲酯，在一定温度下搅拌2h得到混合物。/n(5)将步骤(4)得到的混合物在室温下静置，然后真空抽滤去除液体，将过滤出的聚甲基丙烯酸甲酯模板剂在50℃烘箱干燥后置于管式炉中，然后以1℃/min的升温速率升到350℃保持2h，随后升到500℃下焙烧，焙烧结束后自然冷却至室温，即得到所述的锰钐复合氧化物催化剂。/n
【技术特征摘要】
1.一种三维有序大孔结构的锰钐复合氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取一定量的过硫酸钾和一定量离子水加入到1L的四口蒸馏烧瓶中搅拌，在密封条件下搅拌并通入氮气处理30分钟后，将溶液加热到70℃；
(2)向烧瓶中加入一定量的甲基丙烯酸甲酯，保温1～2h后，将获得的乳白色液体离心去除上层液体并用去离子水洗涤3次，将离心获得的乳白色固体放到50℃烘箱中干燥，最终获得白色粉末状聚甲基丙烯酸甲酯；
(3)将硝酸锰、硝酸钐，柠檬酸溶于乙二醇和甲醇混合溶液中，在室温下搅拌得到澄清的前驱体溶液；
(4)搅拌的同时向步骤(3)得到的前驱体溶液中缓慢加入步骤(2)得到的聚甲基丙烯酸甲酯，在一定温度下搅拌2h得到混合物。
(5)将步骤(4)得到的混合物在室温下静置，然后真空抽滤去除液体，将过滤出的聚甲基丙烯酸甲酯模板剂在50℃烘箱干燥后置于管式炉中，然后以1℃/min的升温速率升到350℃保持2h，随后升到500℃下焙烧，焙烧结束后自然冷却至室温，即得到所述的锰钐复合氧化物催化剂。
2.根据权利要求1所述的锰钐复...
【专利技术属性】
技术研发人员：张传辉，曾凯，王雅婷，
申请(专利权)人：青岛大学，嘉兴创智合新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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