一种Ce-Mn基固溶体催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及固溶体催化剂技术领域，尤其涉及一种Ce‑Mn基固溶体催化剂及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的Ce‑Mn基固溶体催化剂的制备方法，包括以下步骤：将可溶性铈盐和高锰酸钾的混合溶液与可溶性锰盐混合，调整pH值大于7，依次进行氧化还原反应和老化后，将得到的固体进行煅烧，得到所述Ce‑Mn基固溶体催化剂；所述煅烧的温度为400～600℃，时间<8h。所述制备方法简单，成本低，制备得到的固溶体催化剂具有很好的催化活性和催化稳定性，适于工业上大规模应用。

【技术实现步骤摘要】
一种Ce-Mn基固溶体催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及固溶体催化剂
，尤其涉及一种Ce-Mn基固溶体催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
挥发性有机物(VOCs)是一类来源广泛的污染物，对人类和环境均有极大的危害。采用经济高效的途径降解VOCs具有广阔的前景。目前，热催化氧化降解VOCs是一项常见的末端治理技术。该技术过程简单，不产生二次污染，被国内外视为环境友好的处理方式。但是具有高活性、高稳定性以及低成本的催化剂研发一直是阻碍该领域大面积工业化应用的障碍。国内外学者对于催化剂降解VOCs的研究多集中于高成本的贵金属催化剂，但此类催化剂易中毒，热稳定性差。在降解VOCs时采用非贵金属催化剂对成本的降低具有极其重要的作用。例如，公开号为CN109893998A的中国专利公布了一种利用水热法合成用于降解甲苯的非贵金属催化剂的制备方法，该方法以硝酸铈、高锰酸钾和硅藻土为原料，虽然成本低廉，制备过程简单，但催化剂在催化氧化甲苯时所需温度较高(T100％＝340℃)，耗能多，不利于连续大规模应用；公开号为CN109985520A的中国专利公开了一种用于降解甲苯的多孔材料(CuO/CuFe2O4)，该材料对甲苯有较高的催化活性。但所述多孔材料的制备采用的为模板法，导致催化剂制备成本上升，且模板剂的去除也使得催化剂制备工艺复杂化，因此，该方法不适用于工业化应用；公开号为CN108295866A的中国专利公开了一种以过渡金属钴和锰形成的复合金属氧化物CoMn2O4，所述催化剂重复性好，且尖晶石结构具有成本低廉，热稳定性高等优点，但该催化剂适用的空速较小(30～100mL/min)，不利于于工业上大规模应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Ce-Mn基固溶体催化剂及其制备方法和应用，所述制备方法简单，成本低，制备得到的固溶体催化剂具有很好的催化活性和催化稳定性，适于工业上大规模应用。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种Ce-Mn基固溶体催化剂的制备方法，包括以下步骤：将可溶性铈盐和高锰酸钾的混合溶液与可溶性锰盐混合，调整pH值大于7，依次进行氧化还原反应和老化后，将得到的固体进行煅烧，得到所述Ce-Mn基固溶体催化剂；所述煅烧的保温温度为400～600℃，时间<8h。优选的，所述混合溶液中的可溶性铈盐的浓度为0.1～2.0mol/L；所述混合溶液中的可溶性铈盐和高锰酸钾的摩尔比为(1～3)：(1～2)；所述混合溶液中的可溶性铈盐和所述可溶性锰盐的摩尔比为(1～3)：(1～3)。优选的，所述混合溶液中还包括可溶性非贵金属盐；所述可溶性非贵金属盐包括可溶性钴盐、可溶性铬盐、可溶性铜盐和可溶性锆盐中的一种或几种。优选的，所述可溶性非贵金属盐的物质的量与所述可溶性铈盐和所述可溶性锰盐的总物质的量之比为(0～1)：3。优选的，所述氧化还原反应的温度为45～70℃，时间为2～4h。优选的，所述煅烧的升温过程包括一步升温或分步升温。优选的，所述一步升温的升温速率为2～10℃/min；所述分步升温包括第一升温和第二升温；所述第一升温和第二升温的速率为2～10℃/min，且所述第一升温的速率>第二升温的速率。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的Ce-Mn基固溶体催化剂，所述Ce-Mn基固溶体催化剂包括二氧化铈和二氧化锰的固溶体；所述二氧化铈和二氧化锰的固溶体中掺杂有Mn3+和Ce3+；所述Ce-Mn基固溶体催化剂的比表面积SBET>100m2/g，孔径为5～15nm。优选的，所述Ce-Mn基固溶体催化剂中还包括非贵金属氧化物；所述非贵金属氧化物包括钴氧化物、铬氧化物、铜氧化物和锆氧化物；所述Ce-Mn基固溶体催化剂中铈元素、锰元素和非贵金属氧化物中的非贵金属的摩尔比为(1～5)：(1～5)：(0.2～3.5)；所述Ce-Mn基固溶体催化剂中Mn3+和锰元素的摩尔比>0.6,所述Ce-Mn基固溶体催化剂中Ce3+和铈元素的摩尔比>0.12，0.4<Oads/Olatt<0.7；所述Oads/Olatt为吸附氧和晶格氧的比值。本专利技术还提供了上述技术方案所述Ce-Mn基固溶体催化剂在催化降解挥发性有机物中的应用。本专利技术提供了一种Ce-Mn基固溶体催化剂的制备方法，包括以下步骤：将可溶性铈盐和高锰酸钾的混合溶液与可溶性锰盐混合，调整pH值大于7，依次进行氧化还原反应和老化后，将得到的固体进行煅烧，得到所述Ce-Mn基固溶体催化剂；所述煅烧的保温温度为400～600℃，时间<8h。在所述制备过程中，大部分半径较小的锰离子进入半径较大的二氧化铈晶格中，同时少量的二氧化铈也会进入二氧化锰晶格内，进而形成了铈和锰的氧化物相互融合的固溶体；同时，由于催化剂中会存在大量的氧空位，分别掺杂在二氧化铈和二氧化锰中的部分锰和铈以三价离子的形式存在有利于周围氧原子的解离，进一步促进氧空位的产生，所述氧空位的产生有利于循环氧化还原反应的循环发生，提高所述了固溶催化剂降解VOCs的催化活性。通过控制所述制备方法中的煅烧条件可以使Ce-Mn基固溶体催化剂的比表面积SBET>100m2/g，平均孔径在5～15nm之间且具有合适的活性位(Mn3+和Ce3+的掺杂)；在本专利技术中，上述比表面积和孔径提高了所述催化剂催化活性，同时可以保障在所述Ce-Mn基固溶体催化剂催化降解VOCs过程中VOCs和降解产物在所述固溶体催化剂中的扩散，也在一定程度上选择性的避免了反应过程中有害物质的沉积，减缓了催化剂失活的进程，减少了传质对催化剂性能的影响；同时还增加了所述Ce-Mn基固溶体催化剂和VOCs的接触面积。合适的活性位点有效的提升了催化反应速率。附图说明图1为实施例1和4制备得到的Ce-Mn基固溶体催化剂的XRD图；图2为实施例4制备得到的Ce-Mn基固溶体催化剂的HR-TEM图；图3为实施例4所述Ce-Mn基固溶体催化剂降解甲苯的性能评价图。图4为实施例4所述Ce-Mn基固溶体催化剂在含水环境下降解甲苯的稳定性测试图；图5为实施例5所述的Ce-Mn基固溶体催化剂在含水环境下降解甲苯的稳定性测试图。具体实施方式本专利技术提供了一种Ce-Mn基固溶体催化剂的制备方法，包括以下步骤：将可溶性铈盐和高锰酸钾的混合溶液与可溶性锰盐混合，调整pH值大于7，依次进行氧化还原反应和老化后，将得到的固体进行煅烧，得到所述Ce-Mn基固溶体催化剂；所述煅烧的保温温度为400～600℃，时间为<8h。在本专利技术中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。本专利技术将可溶性铈盐和高锰酸钾的混合溶液和可溶性锰盐混合，调整pH至碱性，依次进行氧化还原反应和老化后，将得到的固体进行煅烧，得到所述Ce-Mn基固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ce-Mn基固溶体催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将可溶性铈盐和高锰酸钾的混合溶液与可溶性锰盐混合，调整pH值大于7，依次进行氧化还原反应和老化后，将得到的固体进行煅烧，得到所述Ce-Mn基固溶体催化剂；/n所述煅烧的保温温度为400～600℃，时间<8h。/n

【技术特征摘要】
1.一种Ce-Mn基固溶体催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将可溶性铈盐和高锰酸钾的混合溶液与可溶性锰盐混合，调整pH值大于7，依次进行氧化还原反应和老化后，将得到的固体进行煅烧，得到所述Ce-Mn基固溶体催化剂；
所述煅烧的保温温度为400～600℃，时间<8h。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中可溶性铈盐的浓度为0.1～2.0mol/L；
所述混合溶液中的可溶性铈盐和高锰酸钾的摩尔比为(1～3)：(1～2)；
所述混合溶液中的可溶性铈盐和所述可溶性锰盐的摩尔比为(1～3)：(1～3)。


3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中还包括可溶性非贵金属盐；
所述可溶性非贵金属盐包括可溶性钴盐、可溶性铬盐、可溶性铜盐和可溶性锆盐中的一种或几种。


4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性非贵金属盐的物质的量与所述可溶性铈盐和所述可溶性锰盐的总物质的量之比为(0～1)：3。


5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化还原反应的温度为45～70℃，时间为2～4h。


6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的升温过程包括一步升温或分步升温。


7.如权利要求6所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐彦兴，李雪莲，杨敏，牛永芳，李静，张传卫，郑欣梅，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62