一种锰基催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种锰基催化剂及其制备方法和应用，包含稀土化合物和/或阴离子；以二氧化钛为载体，MnO

【技术实现步骤摘要】
一种锰基催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及工业催化领域，具体涉及一种锰基催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，随着传统大气污染物排放限值的日益严格以及纳入排放控制范畴的大气污染物种类越来越多，传统的控制技术越来越难以去除非常规的大气污染物，因此研发高效协同去除多种污染物的多功能催化剂具有重要应用价值。但是，目前催化剂的研发多集中于单一大气污染物的控制，对多种大气污染物的协同控制，尤其是一种催化剂去除多种污染物的催化技术尚未成熟。因此，亟需丰富催化剂活性位点种类，促进催化剂对NOx、CO、VOC等大气污染物的协同治理，实现一种催化剂去除多种污染物的控制目标。在众多催化剂体系中，MnOx由于其优良的低温催化活性而受到科研人员的格外关注。本专利技术拟提供一种新的以MnOx为主要活性组分，并创新性的通过阴阳离子协同修饰的改性技术，优化锰基催化剂可去除大气污染物的种类。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷和不足，本专利技术提供一种锰基催化剂及其制备方法和应用。本专利技术的目的之一在于提供一种(用于大气污染物去除的)阴阳离子修饰型锰基催化剂，包含稀土化合物和/或阴离子；以二氧化钛为载体，MnO2为活性成分，所述稀土化合物选自Sc2O3、Y2O3、Pr6O11和La2O3中的一种或多种，所述阴离子选自F-、Cl-、Br-、SO42-和PO43-中的一种或多种。本专利技术中，Sc2O3、Y2O3、Pr6O11、La2O3等稀土化合物可在二氧化钛载体表面产生氧空穴和超氧自由基，提高锰基催化剂比表面积和热稳定性，而F、Cl、Br等阴离子可替代所述载体部分晶格氧，促进MnO2活性组分分散性，防止晶粒生长，最终优化锰基催化剂对大气污染物低温催化活性。本专利技术优选通过掺杂稀土化合物和阴离子协同改性锰基催化剂，丰富催化剂活性位点种类，促进锰基催化剂对NOx、CO、VOC等大气污染物的协同治理，最终实现一种催化剂去除多种污染物的控制目标。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述阴离子由阴离子改性剂提供，所述阴离子改性剂为选自F-、Cl-、Br-、SO42-和PO43-中的一种或多种的前驱物；优选的，F-的前驱物为氟化铵，Cl-的前驱物为氯化铵，Br-的前驱物为溴化铵，SO42-的前驱物为稀硫酸，PO43-的前驱物为稀磷酸。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述稀土化合物由稀土改性剂提供，所述稀土改性剂为选自Sc2O3、Y2O3、Pr6O11和La2O3中的一种或多种的前驱物；优选的，Sc2O3的前驱物为硝酸钪，Y2O3的前驱物为氧化钇，Pr6O11的前驱物为氧化镨，La2O3的前驱物为氧化镧；和/或，MnO2的前驱物为乙酸锰。根据本专利技术的一些优选实施方式，阴离子改性剂含量为0-1wt％优选0.2～0.7wt％，稀土改性剂含量为0～30wt％优选10～23wt％，MnO2的前驱物含量为0～45wt％优选35～42wt％，余量为TiO2。本专利技术中，通过严格限制阴离子改性剂Z、稀土改性剂Q、MnO2和TiO2等组分之间的含量关系，取得更好的催化效果。根据本专利技术的一些优选实施方式，阴离子改性剂、稀土改性剂、乙酸锰和二氧化钛的质量比为(0-1):(0-30):(0-45):(40-90)，优选为(0.2-0.7):(10-23):(35-42):(34.3-54.8)。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述阴离子改性剂为氟化铵、氯化铵、溴化铵、稀硫酸或稀磷酸，优选为氟化铵；所述稀土改性剂为硝酸钪、氧化钇、氧化镨或氧化镧，优选为硝酸钪。本专利技术另一方面提供一种所述的锰基催化剂的制备方法，其特征在于，将浸渍液直接干燥焙烧的一步浸渍法制备，优选的，包括以下步骤：步骤1)，将阴离子改性剂、稀土改性剂、乙酸锰和二氧化钛，按比例混合，加入水中，混合均匀，得到浸渍液；步骤2)，对步骤1)中所述浸渍液进行干燥，然后进行焙烧，即得；优选的，通过各组分用量控制所述浸渍液的pH为3～8，更优选为4～7。本专利技术中，以稀土化合物、阴离子协同改性制备的锰基多功能催化剂，通过调控载体在改性过程中与改性物之间的化学反应程度及浸渍液酸碱性，改善催化剂表观形貌，提高活性组分在载体表面的分散性，促进催化剂氧化还原性能和反应气氛在催化剂表面的吸附性能，从而增强催化剂中低温催化活性，提高NH3-SCR反应过程中N2选择性。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述二氧化钛为锐钛矿型二氧化钛微粉，优选的，粒径为0.3～20μm，比表面积为80～150m2·g-1，二氧化钛含量不低于99.0％。根据本专利技术的一些优选实施方式，包括以下步骤：步骤1)，将阴离子改性剂、稀土改性剂、乙酸锰和二氧化钛，按比例混合后加入溶剂中，优选去离子水，室温超声搅拌1.5～2h，混合均匀，得到浸渍液；其中，所述溶剂与二氧化钛的体积质量比为(40～80)ml:(10～20)g；步骤2)，将步骤1)中的所述浸渍液在105～150℃优选120℃下干燥12h，取出后放置马弗炉分段焙烧，130～180℃优选150℃下焙烧0.5～3h优选1h，300～400℃优选350℃下焙烧2.5～6h优选3h，降至室温后，即得。本专利技术再一方面提供一种所述的锰基催化剂在烟气中大气污染物优选为NOx、CO和VOC的协同去除中的应用。本专利技术中，以稀土化合物、阴离子协同改性制备的锰基多功能催化剂，可应用于NOx、CO、VOC等大气污染物的协同治理。120-280℃，NOx转化率达90％以上；260-340℃，NO氧化率大于50％；260-360℃，C3H6氧化率大于90％；280-360℃，CO氧化率大于80％等。本专利技术至少具有以下优点：F-、Cl-、Br-、SO42-、PO43-等阴离子可调控锰基催化剂表面酸碱性，增强反应气氛在锰基催化剂表面的吸附性能。所选稀土氧化物具有良好的储氧释氧能力，可有效提高锰基催化剂氧化还原性能。采用一步浸渍法将阴阳离子共修饰，改善锰基催化剂表观形貌，提高活性组分在二氧化钛载体表面的分散性，避免活性组分聚合、结晶，从而增强锰基催化剂中低温催化活性，提高NH3-SCR反应过程中N2选择性。其中120-280℃，NOx转化率达90％以上；260-340℃，NO氧化率大于50％；260-360℃，C3H6氧化率大于90％；280-360℃，CO氧化率大于80％。该锰基多功能催化剂应用于NOx、CO和以C3H6为代表的VOC等大气污染物的协同治理，简化尾气净化工序，改善大气环境质量。附图说明图1为本专利技术锰基催化剂NO转化率对比图。图2为本专利技术锰基催化剂N2O生成量对比图。图3为不同气氛在实施例4催化剂的氧化率及其对催化剂NO转化率(NH3-SCR)对比图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锰基催化剂，其特征在于，包含稀土化合物和/或阴离子；以二氧化钛为载体，MnO

【技术特征摘要】
1.一种锰基催化剂，其特征在于，包含稀土化合物和/或阴离子；以二氧化钛为载体，MnO2为活性成分，所述稀土化合物选自Sc2O3、Y2O3、Pr6O11和La2O3中的一种或多种，所述阴离子选自F-、Cl-、Br-、SO42-和PO43-中的一种或多种。


2.根据权利要求1所述的锰基催化剂，其特征在于，所述阴离子由阴离子改性剂提供，所述阴离子改性剂为选自F-、Cl-、Br-、SO42-和PO43-中的一种或多种的前驱物；优选的，F-的前驱物为氟化铵，Cl-的前驱物为氯化铵，Br-的前驱物为溴化铵，SO42-的前驱物为稀硫酸，PO43-的前驱物为稀磷酸。


3.根据权利要求2所述的锰基催化剂，所述稀土化合物由稀土改性剂提供，所述稀土改性剂为选自Sc2O3、Y2O3、Pr6O11和La2O3中的一种或多种的前驱物；优选的，Sc2O3的前驱物为硝酸钪，Y2O3的前驱物为氧化钇，Pr6O11的前驱物为氧化镨，La2O3的前驱物为氧化镧；和/或，MnO2的前驱物为乙酸锰。


4.根据权利要求2或3所述的锰基催化剂，阴离子改性剂含量为0-1wt％优选0.2～0.7wt％，稀土改性剂含量为0～30wt％优选10～23wt％，MnO2的前驱物含量为0～45wt％优选35～42wt％，余量为TiO2。


5.根据权利要求2-4任一项所述的锰基催化剂，其特征在于，阴离子改性剂、稀土改性剂、乙酸锰和二氧化钛的质量比为(0-1):(0-30):(0-45):(40-90)，优选为(0.2-0.7):(10-23):(35-42):(34.3-54.8)。

【专利技术属性】
技术研发人员：岳涛，梁全明，王晨龙，左朋莱，佟莉，张晓曦，高佳佳，王堃，童亚莉，
申请(专利权)人：北京市劳动保护科学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11