用于催化燃烧VOC废气的稀土掺杂类水滑石衍生氧化物催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于催化燃烧VOC废气的稀土掺杂类水滑石衍生氧化物催化剂及其制备方法，该催化剂是由Cu、Fe及稀土Ce元素所构成的稀土掺杂类水滑石化合物Ce‑CuFe‑LDH作为前驱体经焙烧制备而成，其制备方法是将Cu、Fe金属离子及Ce稀土离子通过共沉淀制备具有水滑石结构特征的类水滑石化合物Ce‑CuFe‑LDH，再经焙烧制备而得。该催化剂在温度窗口为230～320℃、空速条件为30000h

【技术实现步骤摘要】
用于催化燃烧VOC废气的稀土掺杂类水滑石衍生氧化物催化剂及其制备方法
本专利技术属于处理VOC废气用催化剂
，涉及一种VOC废气催化燃烧型催化剂，具体涉及一种用于催化燃烧VOC废气的稀土掺杂类水滑石衍生氧化物催化剂及其制备方法。
技术介绍
伴随国内工业化的日益发展，工业排废其对应的环保问题逐渐成为发展工业所必须面对的重点问题，其中，VOC有机废气的排放问题日益严重。VOC有机废气是形成PM2.5以及臭氧的主要前驱体物质，是造成雾霾、光化学污染等严重大气环境污染问题的主要因素之一，其主要有机成分复杂具有毒性，会对周遭环境及居民造成巨大负面影响。据报道，国内工业VOC有机废气总排放量中来自以喷涂废气为代表的工业排放占比重较大，其主要特征污染物包括甲苯、二甲苯等。目前，工业体系中常用的VOC废气处理技术主要包括吸收吸附法、冷凝法、燃烧法等，其中催化燃烧技术具有处理效率高、起燃温度低且绿色环保等诸多优点，是国家推荐的VOC废气处理技术之一。而催化燃烧型催化剂作为催化燃烧技术的核心，其结构和组成将直接决定催化燃烧效率及催化燃烧温度窗口。目前应用较为广泛的两种催化燃烧型催化剂分别是贵金属催化剂和非贵金属催化剂，其中贵金属催化剂在低温段的温度窗口内即可表现出高活性，但往往存在活性组分易挥发、高温下难以烧结等问题，同时成本较高，经济性差；而非贵金属催化剂相对而言原料易得、造价便宜，且其中过渡金属元素具有易变价的性质，具有更高的活性物质及电子迁移速率，活性较好，是贵金属催化剂直接有效的替代途径。在中国专利CN101829568A公开了一种锰氧化物原位掺杂型钯基整体式催化剂的制备方法及其应用。其采用锰氧化物前驱体与金属钯共沉淀于蜂窝陶瓷表面，在经高温焙烧使锰氧化物物种原位生成制备整体式催化剂，在10000h-1空速条件下215～228℃可使浓度为4g/m3的甲苯转化率达到90％以上。该专利技术所制备的催化剂材料虽然可以在较低温度窗口下对烟气中甲苯达到较高的催化效率，但喷涂行业VOC废气往往具有浓度高和空速条件高的特点，该法制备的催化剂在应用中有一定局限性，且该催化剂由贵金属参与构成，成本较高，难以大规模工业化使用。中国专利CN101138728A公开了一种净化有机废气的金属氧化物混合物催化剂及其制备方法。其采用硝酸强化预处理的堇青石蜂窝陶瓷为载体，负载稀土元素铈镧锆混合氧化物改性的活性氧化铝涂层与含多种金属氧化物混合物的活性成分制备催化剂，所制备催化剂能在约290℃时对20000h-1空速条件、浓度约200微升/升的甲苯达到90％以上去除效率。但其与贵金属催化剂的催化效率相较仍具有差距，且涉及金属元素多，制备复杂，难以应用于实际工业中。除此之外，因为催化燃烧本身的催化反应机理以及催化剂构成元素和结构等的影响，受限于上述因素，催化燃烧型催化剂在达到一定催化活性后，很难进一步提升，或者说进一步地降低其催化燃烧时的温度窗口。但是，若能够进一步提高其催化活性或是降低其催化燃烧时的温度窗口，通常认为将具有更佳节能、环保的实际意义及有效降低排废处理成本。随着近年科研发展，稀土元素作为助剂掺杂或改性催化剂的相关研究已越来越常见，一方面因为中国稀土资源充分，另一方面稀土元素因其电子层及轨道结构特殊，往往具有独特的性质，将其作为助剂掺杂催化剂可能导致提升催化剂材料储氧能力、提升催化剂材料耐热性能等，将有利于其催化活性的提高。其中，将稀土元素作为助剂掺杂于催化剂的报道不鲜，但罕见于将稀土元素应用于水滑石衍生氧化物催化剂催化燃烧甲苯等VOC有机废气的探究。同时目前有关稀土元素是如何参与催化燃烧机理的文献较少。因此，稀土元素的加入对于用于VOC有机废气的催化燃烧型催化剂是否具有提升作用尚不明确。鉴于上述现状，若能制备出一种进一步能够在更低温段具有较高催化活性且成本较低的催化剂是当前VOC废气催化燃烧应用中亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述
技术介绍
中提出的问题，提供一种用于催化燃烧VOC废气的稀土掺杂类水滑石衍生氧化物催化剂及其制备方法，该催化剂在温度窗口为230～320℃、空速条件为30000h-1条件下，对较高浓度条件(1000ppm)的甲苯催化燃烧转化率能够达到90％以上，相较未掺杂稀土元素的催化剂，其温度窗口下降约10℃，其制备方法具有成本较低、工艺步骤适于连续化生产的特点，具有工业化生产前景。为实现上述目的，本专利技术是采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。一种用于催化燃烧VOC废气的稀土掺杂类水滑石衍生氧化物催化剂，是由Cu、Fe及稀土Ce元素所构成的稀土掺杂类水滑石化合物Ce-CuFe-LDH作为前驱体经焙烧制备而成，所述稀土掺杂类水滑石化合物Ce-CuFe-LDH的化学结构式如下：其中，M为稀土铈元素Ce，x＝1/(2～6)，y＝0.1～5。其中，x代表三价金属所占比重，即x＝Fe3+/(Cu2++Fe3+)(mol/mol),；y代表稀土元素的掺杂量，即y＝M/(Cu2++Fe3+)，nH2O为类水滑石层间结构中的水分子。值得说明的是，所述稀土掺杂类水滑石衍生氧化物催化剂是以类水滑石CuFe-LDH衍生氧化物作为基础，采用一步合成法掺杂稀土，类水滑石结构的形成有利于体系中各元素分散程度提高，而稀土使得CuFe间相互作用加强，催化活性好。上述稀土掺杂类水滑石衍生氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)称取铜盐、铁盐及铈盐，使其溶解混合配置为混合液，作为A液，混合液中铜离子和铁离子的摩尔比为Cu：Fe＝(1～5)：1，铈离子Ce与铜、铁离子的摩尔比为Ce:(Cu+Fe)＝(0.001～0.05)：1；(2)称取碳酸钠(Na2CO3)和氢氧化钠(NaOH)，使其溶解混合配置为混合液，作为B液；(3)称取蒸馏水备用，作为C液，C液与A液的容积比值为(0.25～5)：1；(4)室温下，将A液滴加入搅拌状态下的C液中，并通过添加B液使得滴加过程中的混合液pH值保持在4.1～4.8，滴加完毕后，继续搅拌至少0.5～1h，作为D液，将D液在50～90℃温度条件下恒温陈化处理10～24h，得共沉淀产物；(5)将所得共沉淀产物过滤、洗涤至pH值＝6.5～7.5，再经干燥处理得稀土掺杂类水滑石化合物Ce-CuFe-LDH；(6)将所得稀土掺杂类水滑石化合物Ce-CuFe-LDH经焙烧处理，即得稀土掺杂类水滑石衍生氧化物催化剂。通常地，步骤(1)所述铜盐、铁盐及铈盐，为本
中为配置铜铁及铈离子溶液常规所使用的铜盐、铁盐及铈盐，为了方便后续制备减少阴离子杂质，同时提供一种优选地技术方案，步骤(1)所述铜盐为硝酸铜(Cu(NO3)2)，所述铁盐为硝酸铁(Fe(NO3)3)，所述铈盐为硝酸铈(Ce(NO3)3)。其中，步骤(1)所述混合液中铜离子和铁离子的摩尔比为Cu：Fe＝(1～5)：1，若铜离子和铁离子的摩尔比超过上述范围，将影响前驱体CuFe-LDH结构的形成。并经本专利技术的专利技术人研究本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于催化燃烧VOC废气的稀土掺杂类水滑石衍生氧化物催化剂，其特征在于是由Cu、Fe及稀土Ce元素所构成的稀土掺杂类水滑石化合物Ce-CuFe-LDH作为前驱体经焙烧制备而成，所述稀土掺杂类水滑石化合物Ce-CuFe-LDH的化学结构式如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种用于催化燃烧VOC废气的稀土掺杂类水滑石衍生氧化物催化剂，其特征在于是由Cu、Fe及稀土Ce元素所构成的稀土掺杂类水滑石化合物Ce-CuFe-LDH作为前驱体经焙烧制备而成，所述稀土掺杂类水滑石化合物Ce-CuFe-LDH的化学结构式如下：



其中，M为稀土铈元素Ce，x＝1/(2～6)，y＝0.1～5。


2.权利要求1所述稀土掺杂类水滑石衍生氧化物催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)称取铜盐、铁盐及铈盐，使其溶解混合配置为混合液，作为A液，混合液中铜离子和铁离子的摩尔比为Cu：Fe＝(1～5)：1，铈离子Ce与铜、铁离子的摩尔比为Ce:(Cu+Fe)＝(0.001～0.05)：1；
(2)称取碳酸钠和氢氧化钠，使其溶解混合配置为混合液，作为B液；
(3)称取蒸馏水备用，作为C液，C液与A液的容积比值为(0.25～5)：1；
(4)室温下，将A液滴加入搅拌状态下的C液中，并通过添加B液使得滴加过程中的混合液pH值保持在4.1～4.8，滴加完毕后，继续搅拌至少0.5～1h，作为D液，将D液在50～90℃温度条件下恒温陈化处理10～24h，得共沉淀产物；
(5)将所得共沉淀产物过滤、洗涤至pH值＝6.5～7.5，再经干燥处理得稀土掺杂类水滑石化合物Ce-CuFe-LDH；
(6)将所得稀土掺杂类水滑石化合物Ce-CuFe-LDH经焙烧处理，即得稀土掺杂类水滑石衍生...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建军，张洪伟，刘勤，郭家秀，岑望来，舒松，刘勇军，楚英豪，袁山东，马晓文，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51