本发明专利技术提供一种泡沫金属基整体式催化剂、其制备方法和应用。本发明专利技术的制备方法包括：步骤a、制备氧化泡沫金属；步骤b、制备载有MOF的氧化泡沫金属；步骤c、制备载有MOF衍生的金属氧化物的泡沫金属基整体式催化剂。本发明专利技术制备方法简单，制备得到的催化剂为整体式催化剂，易于分离与回收，可大规模生产，有利于工业应用。本发明专利技术的催化剂可应用于光热降解VOCs。本发明专利技术的催化剂可应用于光热降解VOCs。本发明专利技术的催化剂可应用于光热降解VOCs。
【技术实现步骤摘要】
一种泡沫金属基整体式催化剂的制备及其在光热降解VOCs方面的应用
[0001]本专利技术属于材料制备和气体环境污染治理的
，具体涉及了一种泡沫金属基整体式泡沫金属基整体式催化剂、其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]随着城市化和工业化的快速发展，人类对能源的需求不断增大，由此导致VOCs的排放迅速增加，这些污染物的过量排放已导致世界许多地方的空气质量大幅下降，环境污染日益严重。光热催化反应是一种环境友好型催化氧化技术，以清洁的太阳光为能量来源，在催化剂存在的条件下，将挥发性有机污染物彻底氧化生成二氧化碳和水的过程，被认为最有效的VOCs消除的方法之一。相比于传统的光催化反应，光热催化还可以利用传统光催化无法吸收的红外波段的红外光，这部分波段的光约占太阳光谱的53％，主要提高催化剂表面的温度，当催化剂表面温度达到反应的起燃温度，催化剂将催化降解VOCs。然而，实现该技术的首要任务是开发高效、稳定的催化剂和大规模实际应用的可行性。
[0003]常规粉末催化剂由于存在难以分离等缺点而很难直接应用于工业应用，传统整体式催化剂一般将粉末催化剂分散在蜂窝状载体(如堇青石)上，但这种催化剂再间歇操作、运行流程复杂的实际工业化过程中会面临很多挑战。比如，堇青石低的热传导系数会导致整体式催化剂孔道内的温度分布不均匀，对水的吸附能力大大降低表面活性位点，活性组分容易从载体表面脱落，催化剂失活与再生问题凸显，造成大量资源和成本浪费以及二次环境污染。近年来，提出一种以泡沫金属为载体的新型催化剂，此载体具有三维大孔结构、大的比表面积、良好的导热性、低经济成本以及良好的柔韧性等优势，有望成为最有前景的整体式催化剂载体之一。但这种整体式催化剂还未被应用于光热催化方面。因此，开发高效、稳定和可大规模制备的整体式光热催化剂还需要进一步探索。
技术实现思路
[0004]为了改善上述技术问题，本专利技术提供一种泡沫金属基整体式催化剂、其制备方法和应用。
[0005]本专利技术提供一种催化剂的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：
[0006]步骤a、制备氧化泡沫金属：将泡沫金属经煅烧后，得到氧化泡沫金属，其表面包覆有金属氧化物；
[0007]步骤b、制备载有MOF的氧化泡沫金属：将步骤a得到的氧化泡沫金属放入MOF前驱体溶液中反应，通过结晶、老化在所述氧化泡沫金属表面负载MOF，到载有MOF的氧化泡沫金属；
[0008]步骤c、制备载有MOF衍生的金属氧化物的泡沫金属基整体式催化剂：将步骤b的载有MOF的氧化泡沫金属在空气中煅烧，得所述催化剂，所述催化剂上原位负载MOF衍生的金属氧化物。
[0009]根据本专利技术的实施方案，步骤a中，的金属泡沫还需经预处理，除去泡沫金属表面的油污和/或氧化物。
[0010]优选地，所述预处理在超声条件下进行。优选地，所述油污在有机溶剂中去除，所述氧化物在无机酸中去除。示例性地，将泡沫金属在丙酮中处理除去表面油污，并在稀盐酸中除去表面氧化物。
[0011]优选地，所述泡沫金属可选自本
已知的泡沫金属，例如选自泡沫铜、泡沫铁或泡沫镍铁等中的至少一种。
[0012]根据本专利技术的实施方案，步骤b中，所述MOF前驱体溶液由下述方法配制得到：将金属盐溶于溶剂中，配制成A溶液，将有机配体溶于溶剂中，配制成B溶液，再将A、B溶液混合，得到所述MOF前驱体溶液。
[0013]优选地，所述金属盐选自金属硝酸盐、金属氯化盐或金属硫酸盐中的至少一种。
[0014]优选地，所述有机配体选自二甲基咪唑、对苯二甲酸或均苯三甲酸中的至少一种。
[0015]优选地，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇或N,N
‑
二甲基甲酰胺中的至少一种。
[0016]优选地，所述金属盐与有机配体的摩尔比为(1～2)：(2～8)。
[0017]优选地，所述A溶液中，金属盐的浓度为0.05～0.2mol/L。
[0018]优选地，所述B溶液中，有机配体的浓度范围为0.2～0.8mol/L。
[0019]根据本专利技术的实施方案，步骤b中，所述反应具体为：先搅拌，后避光反应。
[0020]优选地，搅拌条件为：10～40℃，5～30min。
[0021]优选地，反应条件为：反应温度为5～140℃，优选为5～40℃；反应时间为6～48h，优选为8～15h。
[0022]根据本专利技术的实施方案，步骤b中，所述MOF选自Co
‑
ZIF
‑
L、ZIF
‑
67或Ni
‑
ZIF中的至少一种。
[0023]根据本专利技术的实施方案，步骤a或c中，所述煅烧在空气氛下进行。
[0024]优选地，所述步骤a煅烧的条件为：400～700℃，0.5～6h。
[0025]优选地，所述步骤c煅烧的条件为：350～600℃，3～6h。
[0026]优选地，所述煅烧在加热装置中进行，例如在管式炉中。
[0027]优选地，所述煅烧的升温速率为2～5℃/min。
[0028]本专利技术还提供一种催化剂，所述催化剂通过上述制备方法得到。
[0029]根据本专利技术的实施方案，所述催化剂包括氧化泡沫金属载体和MOF衍生的金属氧化物；所述MOF衍生的金属氧化物原位负载在所述氧化泡沫金属载体上。
[0030]根据本专利技术的实施方案，所述催化剂为整体式催化剂。
[0031]根据本专利技术的实施方案，所述氧化泡沫金属载体包括泡沫金属和包覆在其表面的金属氧化物；其表面的金属氧化物通过煅烧得到。优选地，所述泡沫金属具有如上定义。
[0032]根据本专利技术的实施方案，所述MOF衍生的金属氧化物选自NiO、Co3O4、TiO2或CeO2中的至少一种。
[0033]本专利技术还提供上述催化剂的应用，例如在光热降解VOCs中的应用。
[0034]根据本专利技术的实施方案，所述光热降解包括光热降解甲苯。
[0035]优选地，所述光热降解在空气气氛下进行。
[0036]本专利技术的有益效果:
[0037](1)与粉末催化剂相比，本专利技术的催化剂为整体式催化剂，易于分离与回收，可大规模生产，有利于工业应用。本专利技术将稳定的泡沫金属基整体式催化剂应用于光热降解VOCs，所述催化剂应用在光热反应中具有优异的催化活性、较高的稳定性及良好的抗水汽能力，解决了在应用过程中纳米颗粒悬浮于空气中造成的颗粒物污染问题，为光热催化的工业应用提供新的视角。
[0038](2)本专利技术通过直接煅烧泡沫金属得到氧化金属，从而使泡沫金属的表面更粗糙、增大比表面积，有利于MOF衍生的金属氧化物的负载及活性位点的暴露。本专利技术制备的泡沫金属基整体式催化剂具有表面积大的优点，可以暴露更多的活性位点，催化性能较好、稳定性高、重复利用度高且方便回收。
[0039](3)本专利技术所述泡沫金属基整体式催化剂的制备工艺简单，制备过程中能耗低，便于工业化生产，可以在使用过程中任意改变本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：步骤a、制备氧化泡沫金属：将泡沫金属经煅烧后，得到氧化泡沫金属，其表面包覆有金属氧化物；步骤b、制备载有MOF的氧化泡沫金属：将步骤a得到的氧化泡沫金属放入MOF前驱体溶液中反应，通过结晶、老化在所述氧化泡沫金属表面负载MOF，得到载有MOF的氧化泡沫金属；步骤c、制备载有MOF衍生的金属氧化物的泡沫金属基整体式催化剂：将步骤b的载有MOF的氧化泡沫金属在空气中煅烧，得所述催化剂，所述催化剂上原位负载MOF衍生的金属氧化物。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a中的泡沫金属还需经预处理，除去泡沫金属表面的油污和/或氧化物。优选地，所述预处理在超声条件下进行。优选地，所述油污在有机溶剂中去除，所述氧化物在无机酸中去除。示例性地，将泡沫金属在丙酮中处理除去表面油污，并在稀盐酸中除去表面氧化物。优选地，所述泡沫金属选自泡沫铜、泡沫铁或泡沫镍铁等中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述MOF前驱体溶液由下述方法配制得到：将金属盐溶于溶剂中，配制成A溶液，将有机配体溶于溶剂中，配制成B溶液，再将A、B溶液混合，得到所述MOF前驱体溶液。优选地，所述金属盐选自金属硝酸盐、金属氯化盐或金属硫酸盐中的至少一种。优选地，所述有机配体选自二甲基咪唑、对苯二甲酸或均苯三甲酸中的至少一种。优选地，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇或N,N
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二甲基甲酰胺中的至少一种。优选地，所述金属盐与有机配体的摩尔比为(1～2)：(2～8)。优选地，所述A溶液中，金属盐的浓度为0.05～0.2mol/L。优选地，所述B溶液中，有机配体的浓度范围为0.2～0.8mol/L。4.根据权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾宏鹏，高慧，
申请(专利权)人：中国科学院城市环境研究所，
类型：发明
国别省市：
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