一种反蛋白石结构光热催化剂Ce制造技术

本发明专利技术公布一种反蛋白石结构光热催化及Ce

【技术实现步骤摘要】
一种反蛋白石结构光热催化剂CexMn1-xOy的制备方法和应用
本专利技术涉及一种反蛋白石结构光热催化剂CexMn1-xOy的制备方法及其在降解甲苯、甲醛等VOCs中的应用，属于功能技术材料领域。
技术介绍
随着工业的发展以及城市化进程的不断推进，挥发性有机化合物(VOCs)的排放量不断增加。VOCs作为气体污染物，可以稳定地存在于空气中，进一步可发展为雾霾、光化学烟雾，对生态环境和人类健康都会产生极大的危害，因此，通过物理或化学手段解决VOCs带来的环境污染问题已刻不容缓。热催化燃烧法是一种重要的处理高浓度VOCs的方法，具有降解效率高、适用范围广的特点。在各种热催化剂中，Ce-Mn混合氧化物催化剂是研究较多的热催化剂之一，这是因为由于CeO2与MnO2具有相似的晶胞结构，因此Mn容易进入CeO2晶胞中形成固溶体，有利于催化剂氧化还原能力的提高。例如，Landau等人（JournalofCatalysis.2007.247(2):201-213）制备了具有介孔纳米结构的Mn-Ce混合氧化物，其具有极大的比表面积，可以实现低温(120℃)降解三氯苯酚。詹望成等（JournalofRareEarths.2014.32(2):146-152）用水热法制备了花状CeO2-MnOx介孔微球，其高比表面积以及固溶体的形成使催化剂具有较高的催化活性，可以实现低温甲醛转化。Ma等人（RSCAdvances.2017.7(10):5989-5999）制备了空心球结构的Ce-Mn混合氧化物，最多可拥有三层壳状结构，Mn完全进入CeO2晶格中形成固溶体，具有强协同作用，可用于催化还原NO，比传统CeO2-MnOx纳米粒子具有更高的活性。传统热催化燃烧法存在反应温度较高、能耗大的缺点，进而增加了化石燃料的消耗。光驱动热催化是一种新型的催化氧化方法，它可以将太阳光高效转化为热能，使催化剂表面温度上升至催化剂起燃温度，进而实现VOCs的高效降解。近年来，光驱动热催化引起了研究者的广泛关注，他们利用光驱动热催化成功实现了对苯、甲苯、苯乙烯、丙烷等多种VOCs的催化降解。高效光驱动热催化材料要求具备以下两方面的特性：一是具有高的光热转化效率，可以将太阳光的光能转化为热能；二是具有高的催化活性，可以高效、彻底地将VOCs转化为水和二氧化碳。因此，设计、制备高效的光热催化材料是该领域的研究热点和难点。
技术实现思路
本专利技术以聚苯乙烯（PS）微球为模板，以改进的胶体晶体模板法制备了具有三维有序大孔结构的CexMn1-xOy反蛋白石材料，该材料展现了优异的光驱动热催化降解甲苯、甲醛、二甲苯等VOCs活性。CexMn1-xOy反蛋白石材料的具体制备过程和甲苯的降解试验包括以下步骤：（1）将50mL苯乙烯加入到分液漏斗中，用5wt%的NaOH溶液洗涤三次，以洗去苯乙烯中的阻聚剂；再用水洗三次，以洗去残留的NaOH；（2）在500mL三口烧瓶中，加入160mL乙醇、260mL去离子水、0.45g十二烷基硫酸钠和0.6g过硫酸钾，搅拌至形成均一透明的溶液。在氮气保护下，将三口烧瓶在水浴锅中升温至65~75℃，注入36mL洗过的苯乙烯，磁力搅拌下反应15~25h；用脱脂棉过滤残渣后，得到乳白色的单分散PS微球乳液；（3）将制好的PS微球乳液超声分散30min，在离心管中以4000r/min的转速下离心至上清液澄清；倒出上清液，将PS微球在60℃下真空干燥5h，磨成粉末；（4）将不同比例的Ce(NO3)3•6H2O和Mn(NO3)2•4H2O（共10mmol）溶解于10mL无水乙醇中，再加入2.1g柠檬酸，磁力搅拌30min；（5）将1.5g制备的PS微球模板加入上述溶液中浸渍1h，进行真空抽滤至PS模板表面无液体存在；再将浸渍抽滤后的PS微球模板放入70℃烘箱中进行干燥，1h后取出；上述浸渍、干燥过程重复3~6次；（6）将上述产物放入马弗炉，500℃下在空气中煅烧2h除去PS模板，得到CexMn1-xOy反蛋白石材料。在上述步骤（2）中，苯乙烯聚合形成聚乙烯微球模板的最适合温度为70~71℃；步骤（4）中，Ce(NO3)3•6H2O与Mn(NO3)2•4H2O的摩尔比为1:9~9:1；中，优化的重复进行浸渍、干燥的次数为4次和5次。在可在可见光（太阳光、模拟太阳光、氙灯光源和卤钨灯）驱动下，所制备反蛋白石结构材料CexMn1-xOy展现了优异的光热驱动催化降解苯系物（甲苯、二甲苯）、醛类（甲醛、乙醛）、烷烃（乙烷）和烯烃（丙烯）等VOCs活性。附图说明图1为实施例1得到Ce0.2Mn0.8Oy-1的扫描电镜（SEM）图片；图2为实施例1得到的得到Ce0.2Mn0.8Oy-1的透射电镜（TEM）图片；图3为实施例1得到的得到Ce0.2Mn0.8Oy-1的高分辨透射电镜（HR-TEM）图片；图4为反蛋白石材料Ce0.2Mn0.8Oy-1氙灯下降解甲苯产生CO2浓度随光照时间的变化曲线。具体实施方式以下结合实例对本专利技术进行进一步的详述。实施例1将50mL苯乙烯加入到分液漏斗中，用5wt%的NaOH溶液洗涤三次，除去苯乙烯中的阻聚剂；再用水洗三次，除去残留的NaOH；在500mL三口烧瓶中，加入160mL乙醇、260mL去离子水、0.45g十二烷基硫酸钠和0.6g过硫酸钾，搅拌至形成均一透明的溶液。在氮气保护下，将三口烧瓶在水浴锅中升温至到71℃，再注入36mL洗过的苯乙烯，磁力搅拌下反应19h；用脱脂棉过滤残渣后，得到乳白色的单分散PS微球乳液；将制好的PS乳液超声分散30min，在离心管中以4000r/min的转速下离心至上清液澄清；倒出上清液，将PS微球在60℃下真空干燥5h，磨成粉末，备用。将2mmolCe(NO3)3•6H2O和8mmolMn(NO3)2•4H2O溶解于10mL无水乙醇中，再加入2.1g柠檬酸，磁力搅拌30min；将1.5gPS微球加入该溶液中浸渍1h，进行真空抽滤至PS微球表面无液体存在；再将浸渍抽滤后的PS微球模板放入70℃烘箱进行干燥1h；将上述的浸渍、干燥过程重复4次；将上述产物放入马弗炉，500℃下在空气中煅烧2h除去PS小球模板，得到反蛋白石材料Ce0.2Mn0.8Oy-1。图1和图2分别为本实施例所得到Ce0.2Mn0.8Oy-1的SEM和TEM图片。从图中可以看出：Ce0.2Mn0.8Oy-1具有规整的三维有序大孔结构，大孔孔径约为216nm，孔壁厚约10-15nm，表明孔壁由小晶粒堆积形成。图3为Ce0.2Mn0.8Oy-1的HR-TEM图片，从图中可以看出，Ce0.2Mn0.8Oy-1反蛋白石有两种晶面间距的晶格条纹存在。0.310nm对应于CeO2的(111)晶面间距，0.277nm对应于CeO2的(200)晶面间距，两种晶格条纹夹角为54.1°，与理论值54.8°相符。晶格条纹较模糊，说明晶体中大量缺陷的存在。另外，样品只显示CeO2的晶格条纹，无明显的氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反蛋白石结构光热催化剂Ce

【技术特征摘要】
1.一种反蛋白石结构光热催化剂CexMn1-xOy的制备方法和应用，其特征在于，该反蛋白石结构材料CexMn1-xOy以聚苯乙烯微球（PS）为模板剂、Ce(NO3)3•6H2O和Mn(NO3)2•4H2O为CexMn1-xOy的前驱体、柠檬酸为络合试剂，采用真空浸渍和煅烧法制备，该材料用于光热驱动降解甲苯和甲醛等挥发性有机物（VOCs），其制备方法包括以下步骤：
（1）将50mL苯乙烯加入到分液漏斗中，用5wt%的NaOH溶液洗涤三次，以洗去苯乙烯中的阻聚剂；再用水洗三次，以洗去残留的NaOH；
（2）在500mL三口烧瓶中，加入160mL乙醇、260mL去离子水、0.45g十二烷基硫酸钠和0.6g过硫酸钾，搅拌至形成均一透明的溶液；在氮气保护下，将三口烧瓶在水浴锅中升温至65~75℃，注入36mL洗过的苯乙烯，磁力搅拌下反应15~25h；用脱脂棉过滤残渣后，得到乳白色的单分散PS微球乳液；
（3）将制好的PS微球乳液超声分散30min，在离心管中以4000r/min的转速下离心至上清液澄清；倒出上清液，将PS微球在60℃下真空干燥5h，磨成粉末；
（4）将不同比例的Ce(NO3)3•6H2O和Mn(NO3)2•4H2O（共10mmol）溶解于10mL无水乙醇中，再加入2.1g柠檬酸，磁力搅拌30min；
（5）将1.5g制备的PS微球模板加入上述溶液中浸渍1h，进行真空抽滤至PS模板表面无液体存在；再将浸渍抽滤后的PS微球模板放入70℃烘箱中进行干燥，1h后...

【专利技术属性】
技术研发人员：田宝柱，孙港宁，马云飞，张金龙，雒玉升，孙亮，池智力，张鹏，王舒，宋辉，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31