水热法制备高性能催化氧化甲苯的铈锰催化剂的方法及得到的催化剂和应用技术

本发明专利技术属于铈锰复合催化剂技术领域,具体涉及一种水热法制备高性能催化氧化甲苯的铈锰催化剂的方法及得到的催化剂和应用。本发明专利技术首先利用软模板法制备氧化锰VOCs催化剂。然后通过水热和煅烧，进一步得到铈锰复合氧化物。在该催化剂的制备过程中，表面活性剂在溶液中形成大量胶束球，高锰酸通过静电吸附到胶束球表面，为氧化锰成核生长提供大量位点。同时在煅烧阶段，这些胶束球全部分解，只留下少量导电的炭黑与氧化锰结合，提高了氧化锰的导电性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
水热法制备高性能催化氧化甲苯的铈锰催化剂的方法及得到的催化剂和应用


[0001]本专利技术属于铈锰复合催化剂
,具体涉及一种水热法制备高性能催化氧化甲苯的铈锰催化剂的方法及得到的催化剂和应用,可应用于工业上高温催化氧化分解有机挥发性气体，尤其是苯系物。

技术介绍

[0002]挥发性有机气体(VOCs)是主要大气污染物，VOCs的排放严重危害了环境和人体健康。目前，VOCs的处理技术主要有物理吸附、吸收、焚烧、膜分离、生物降解及催化燃烧等，其中催化氧化技术因为其高分解率、低成本和基本无二次污染而被广泛使用及研究。而催化剂是催化氧化技术的关键，因此，有关于制备高性能、低成本的VOCs催化剂是目前研究的热点。
[0003]目前为止，VOCs催化氧化技术的催化剂大体分为贵金属催化剂和非贵金属催化剂，贵金属催化剂例如铂和钯高效、昂贵易失活。另一类是非贵金属氧化物催化剂，可分为单一金属氧化物和金属复合氧化物。单一金属氧化物的催化性能均不太理想，Co、Cr、Mn、Cu、Ni、Mo、V、Ti等金属氧化物均有催化活性。复合金属氧化物较单一金属氧化物催化性能有了很大的提高，其中Co
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Mn
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Cu、Cu
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Mn
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O、Ce
‑
Mn
‑
O等氧化物是报道最多的过渡金属氧化物，可以看出，其中锰类氧化物因其价格低廉、催化性能优异和对环境友好而被广泛的研究和关注。并且在近十年来研究发现，铈锰氧化物在一些情况下催化氧化甲苯类VOCs气体方面可以与贵金属催化剂的活性相媲美。但是目前市面上的铈锰催化剂还存在活性不足、易团聚和导电性差等问题，而这些缺点会直接阻碍铈锰催化剂的商业化应用，因此摸索出一种能进一步提升铈锰氧化物催化活性的低成本的工业化制备方法仍然是迫切需要解决的问题。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种水热法制备高性能催化氧化甲苯的铈锰催化剂的方法及得到的催化剂和应用。本专利技术针对现有贵金属VOCs催化剂价格昂贵、易失活等问题，对非贵金属催化剂制备工艺进行了创新，提供了性能突出，易于实现及生产的非贵金属铈锰(催化剂主要为铈锰氧化物)的VOCs催化剂，能够高效的分解VOCs中甲苯及苯系物。
[0005]本专利技术所提供的技术方案如下：
[0006]一种水热法制备高性能催化氧化甲苯的铈锰催化剂的方法，包括以下步骤：
[0007]1)将一定量表面活性剂加入去离子水中，充分搅拌,超声分散均匀，形成胶束球；
[0008]2)向步骤1)制备得到的胶束球中加入适量的高锰酸钾，搅拌分散均匀，得到均匀的混合溶液；
[0009]3)向步骤2)制备得到的混合溶液中滴加足量的还原剂，充分搅拌，超声分散均匀，
还原高锰酸根；
[0010]4)待常温反应后，静置，抽滤分离沉淀并用去离子水洗，烘干，得到粉末；
[0011]5)将步骤4)得到的粉末煅烧，然后研磨，得到氧化锰催化剂；
[0012]6)将步骤5)得到的氧化锰催化剂加入到一定量的铈盐溶液中，超声搅拌均匀，得到混合均匀的溶液；
[0013]7)将步骤6)得到的所述混合均匀的溶液加入到水热釜中，进行水热反应，反应后倒出反应液，过滤后洗涤烘干，得到粉末；
[0014]8)将步骤7)得到的所述粉末二次煅烧，得到铈锰催化剂。
[0015]上述技术方案利用软模板法制备高性能铈锰VOCs催化剂。
[0016]上述技术方案首先利用软模板法制备氧化锰VOCs催化剂。然后通过水热和煅烧，进一步得到铈锰复合氧化物。在该催化剂的制备过程中，表面活性剂在溶液中形成大量胶束球，高锰酸通过静电吸附到胶束球表面，为氧化锰成核生长提供大量位点。同时在煅烧阶段，这些胶束球全部分解，只留下少量导电的炭黑与氧化锰结合，提高了氧化锰的导电性。
[0017]软模版的存在大大提高了氧化锰的分散性，降低晶粒尺寸，并使得晶粒尺寸均一，提高了氧化锰的比表面积和活性位点，从而提高了氧化锰催化剂的性能。
[0018]之后通过硝酸铈等的添加，为氧化锰掺杂了适量铈元素，改善了锰氧化物的电位与活性，提高了催化剂性能及稳定性。
[0019]具体的，步骤1)中：
[0020]表面活性剂为阳离子表面活性剂或非离子型表面活性剂。
[0021]阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。非离子型表面活性剂为F127、脂肪酸聚氧乙烯酯或聚氧乙烯烷基胺，优选的，为F127。
[0022]表面活性剂的添加量为(0.1
‑
1)g/L。表面活性剂的添加量过多或者过少都不会形成稳定的胶束球。
[0023]具体的，步骤2)中：高锰酸钾的添加量为(0.5
‑
1)g/500mL，添加量过高会导致高锰酸根还原不完全，过低会导致正丁醇添加过多，造成浪费。
[0024]具体的，步骤3)中：
[0025]还原剂为正丁醇，在本专利技术的制备方法中，选用其他还原剂会有反应速率过快或过慢的问题。
[0026]还原剂与高锰酸钾的用量比为(3
‑
6mL):1g，还原剂用量过高会导致正丁醇残留，过低会导致高锰酸根还原不完全。
[0027]具体的，步骤4)中，常温反应20
‑
28h，静置0.5
‑
1.5h。
[0028]具体的，步骤5)中：
[0029]煅烧的温度为500
‑
700℃，采用该温度区间的原因在主要制备催化性能最好的晶型，温度过高或过低会导致制备出其他氧化物晶型；
[0030]煅烧时间为1.5
‑
2.5h，煅烧时间过高会导致晶粒生长过大，过低会导致晶型形成的不完全；
[0031]升温速率是1.5
‑
4.5摄氏度/分钟，升温速率过高会导致晶型形成不完全，过低会导致晶粒生长过大；
[0032]煅烧气氛为在空气条件下；
[0033]研磨后的材料的粒径为100纳米
‑
200纳米，粒径过高会导致比表面积下降，催化活性降低。
[0034]具体的，步骤6)中：
[0035]铈盐为六水合硝酸铈，在本专利技术的制备方法中，选用其他铈盐会有无法在后续煅烧过程中分解完全的问题；
[0036]铈盐中铈的添加量为(0.78
‑
3.86)g/L，铈原子会与锰原子争夺氧，同时会还原部分二氧化锰到低价态，过少得铈掺杂会减少锰的还原，降低氧空位，不利于催化活性提高，过高的铈掺杂会大量还原氧化锰，得到性能较差的一氧化锰，同样不利于催化性能提升。
[0037]具体的，步骤7)中：
[0038]水热釜内，溶液的体积占比为45
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65％，过高会导致反应过程中压力过高发生危险，压力过小，压力达不到反应要求；
[0039]热反应温度为135
‑
145摄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水热法制备高性能催化氧化甲苯的铈锰催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将一定量表面活性剂加入去离子水中，充分搅拌,超声分散均匀，形成胶束球；2)向步骤1)制备得到的胶束球中加入适量的高锰酸钾，搅拌分散均匀，得到均匀的混合溶液；3)向步骤2)制备得到的混合溶液中滴加足量的还原剂，充分搅拌，超声分散均匀，还原高锰酸根；4)待常温反应后，静置，抽滤分离沉淀并用去离子水洗，烘干，得到粉末；5)将步骤4)得到的粉末煅烧，然后研磨，得到氧化锰催化剂；6)将步骤5)得到的氧化锰催化剂加入到一定量的铈盐溶液中，超声搅拌均匀，得到混合均匀的溶液；7)将步骤6)得到的所述混合均匀的溶液加入到水热釜中，进行水热反应，反应后倒出反应液，过滤后洗涤烘干，得到粉末；8)将步骤7)得到的所述粉末二次煅烧，得到铈锰催化剂。2.根据权利要求1所述的水热法制备高性能催化氧化甲苯的铈锰催化剂的方法，其特征在于，步骤1)中：表面活性剂为阳离子表面活性剂或非离子型表面活性剂，阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，非离子型表面活性剂为F127、脂肪酸聚氧乙烯酯或聚氧乙烯烷基胺；表面活性剂的添加量为(0.1
‑
1)g/L。3.根据权利要求1所述的水热法制备高性能催化氧化甲苯的铈锰催化剂的方法，其特征在于，步骤2)中：高锰酸钾的添加量为(0.5
‑
1)g/500mL。4.根据权利要求1所述的水热法制备高性能催化氧化甲苯的铈锰催化剂的方法，其特征在于，步骤3)中：还原剂为正丁醇；还原剂与...

【专利技术属性】
技术研发人员：张楠，姚海宙，程俊峰，董长青，刘英华，吴宝刚，于普法，
申请(专利权)人：北京清新环境技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：