【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化剂制备，尤其涉及一种富含a位金属缺陷的锰基莫来石催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
1、氯代挥发性有机化合物(cl-vocs)广泛存在于机械制造、石油化工、制药及喷涂等行业，通过挥发、泄漏和排放等途径释放到大气环境中，可导致臭氧层破坏和光化学烟雾等问题。cl-vocs中氯元素的高电负性使其在自然界中难以降解，并容易在生物体内蓄积，表现出较强的环境持久性。尽管催化燃烧技术因能耗低、效率高等优点而在cl-vocs处理中得到广泛应用，但该技术仍面临运行温度过高导致毒副产物生成、催化剂氯中毒及水中毒等关键问题。基于此，传统的依赖单一活性氧物种去除cl-vocs的催化剂已无法满足实际需求，亟需开发更为高效稳定的催化体系。
2、锰是在地壳中广泛分布的元素之一，其氧化物(mno2、mn2o3、mn3o4等)在制备上具有成本低廉、原料易得等优势，能够有效地催化挥发性有机化合物(vocs)的燃烧。但这类锰氧化物存在一定的局限性，如：起燃温度高、失活容易、热稳定性差和易烧结等不足。同时，现有的锰氧化物催化剂在湿润气氛下易受水以及氯的毒化，并且由于无法高效活化分子氧，导致cl-vocs的转化温度过高。
3、相比之下，莫来石型氧化物(ab2o5)因其独特的双晶场晶体结构而展现出诸多优点。这种结构赋予了莫来石型氧化物优异的稳定性、强大的储/释氧能力、丰富的氧物种以及可控的结构缺陷等。这些特性使得莫来石型氧化物在氯代挥发性有机化合物(cl-vocs)的催化燃烧反应中能够表现出更高的活性和更强的稳定性，显示出巨大的
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种富含a位金属缺陷的锰基莫来石催化剂及其制备方法与应用。该催化剂通过在smo表面构筑金属缺陷，增强了smo材料对氧气及水分子的活化能力，从而具备良好的催化活性与抗氯/水中毒性能。
2、第一方面，本专利技术提出了一种含a位金属缺陷的锰基莫来石催化剂的制备方法，包括以下步骤：
3、在搅拌的条件下，将稀土金属盐和锰盐混合并溶解后，加入有机酸和尿素，加热至形成凝胶，干燥、煅烧，得到富含a位金属缺陷的锰基莫来石催化剂。
4、在本专利技术中，对于莫来石这种金属氧化物来说，为了保持主体的骨架结构，a位金属(稀土金属)的半径与b位金属(锰)相比要相对更大，因此a位金属一般使用镧系元素。
5、在以上技术方案的基础上，优选的，所述稀土金属盐为镧系金属盐，所述镧系金属盐选自y(no3)·6h2o和/或sm(no3)3·6h2o；
6、所述锰盐选自mn(ch3coo)2·4h2o、mn(ch3coo)2·2h2o、mn(no3)2或mn(ch3coo)2中的一种或多种。
7、更优选的，本专利技术的稀土金属盐为y(no3)·6h2o和/或sm(no3)3·6h2o，这两种物质水溶性较好，易于溶解在水溶液中，便于配制溶液并进行后续的化学反应或处理工艺。相较于其他形式的稀土金属盐，这两种稀土金属硝酸盐在空气和水溶液中相对稳定，不易发生化学变化，有利于储存和运输。钇和钐作为稀土元素，拥有丰富的电子能级结构，能够参与到多种化学反应中，可以作为催化剂的活性中心或助剂，增强催化效果。此外，硝酸钇和硝酸钐作为原料，可以通过简单的化学方法制备成所需的最终产品，从而简化生产工艺流程。
8、更优选的，本专利技术的锰盐为mn(ch3coo)2·4h2o或mn(ch3coo)2·2h2o。这两种物质在水中同样具有良好的溶解性，易于配制成均一的溶液，方便后续的化学反应或工艺处理。相较于其他形式的锰盐，乙酸锰盐在空气中较为稳定，不易发生化学变化，有利于长期储存和运输。作为催化剂前驱体，乙酸锰盐可以提供活性高的锰离子，参与多种化学反应，尤其在氧化还原反应中能显著增强催化效果。此外，乙酸锰盐相对于其他锰盐而言，毒性较低，对环境的影响较小，更符合现代工业追求的绿色化学原则。
9、更优选的，在本专利技术中，所述稀土金属盐和所述锰盐的摩尔比为1：2。
10、在以上技术方案的基础上，优选的，所述有机酸为柠檬酸。在本专利技术中，所述柠檬酸进一步选自一水合柠檬酸和/或无水柠檬酸。
11、在本专利技术中，为了保证金属离子的均匀分散，优选的，所述柠檬酸与所述稀土金属盐中的金属离子的质量比为1～1.5：1。
12、在以上技术方案的基础上，优选的，所述尿素，与所述稀土金属盐中的金属离子及所述锰盐中的金属离子之和的摩尔比为1～4：1。
13、通过采用上述技术方案，控制尿素与稀土金属盐中的金属离子及锰盐中的金属离子之和的摩尔比为1～4:1，本专利技术能够有效地调节smo材料中的金属缺陷浓度。这种适当的金属缺陷浓度不仅能够确保材料具有较高的活性，而且还可以避免由于金属离子过多或过少导致的缺陷不足或过剩问题。因此，该技术方案所制备的材料不仅活性高，而且稳定性好，能够在实际应用中展现出优异的性能，如在催化反应中的效率提升等。
14、在以上技术方案的基础上，优选的，所述加热温度至100℃以形成凝胶。
15、通过采用上述技术方案，本专利技术可以实现快速且均匀地凝胶化过程。这一温度有利于促进前驱物溶液中分子间的交联反应，加速水分蒸发，从而有效形成致密而均匀的凝胶结构。此外，该温度条件还能够减少副反应的发生，并且避免了因温度过高而导致的材料分解或者其他结构上的破坏。
16、在以上技术方案的基础上，优选的，所述干燥温度为100℃，时间为24h。
17、在以上技术方案的基础上，优选的，所述煅烧包括两段煅烧过程，第一段煅烧温度为300～500℃，时间为6～8h；第二段煅烧温度为500～800℃，时间为6～8h；所述第一段煅烧与所述第二段煅烧连续不间断进行。
18、第二方面，本专利技术涉及上述方法制备得到的富含a位金属缺陷的锰基莫来石催化剂(smo-x，其中x表示尿素与金属阳离子的摩尔比)。
19、在以上技术方案的基础上，优选的，所述a位金属缺陷的摩尔含量占所述催化剂总摩尔含量的5％～15％。
20、通过采用上述技术方案，能够有效地调整催化剂的表面性质，使其拥有更高的活性位点密度。这一范围内的金属缺陷含量既不会因过低而无法提供足够的活性位点，也不会因过高而导致催化剂结构不稳定或活性下降。因此，在这一优选范围内，催化剂不仅能表现出较高的催化效率和良好的选择性，还能保持较长的使用寿命，适用于多种工业催化反应过程，从而提高整体的经济效益。
21、更优选的，所述a位金属缺陷的摩尔含量占所述催化剂总摩尔含量的10％。
22、在以上技术方案的基础上，优选的，所述锰基莫来石为smmn2o5和/或ymn2o5。
23、在以上技术方案的基础上，优选的，涉及上述富含a位金属缺陷的锰基莫来石催化剂在催化氯苯燃烧中的应用。
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1.一种富含A位金属缺陷的锰基莫来石催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀土金属盐为镧系金属盐，所述镧系金属盐选自Y(NO3)·6H2O和/或Sm(NO3)3·6H2O；
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述稀土金属盐和所述锰盐的摩尔比为1：2。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述有机酸与所述稀土金属盐中的金属离子的质量比为1～1.5：1。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述尿素，与所述稀土金属盐中的金属离子及所述锰盐中的金属离子之和的摩尔比为1～4：1。
6.一种富含A位金属缺陷的锰基莫来石催化剂，其特征在于，所述催化剂由权利要求1～5任一项所述的制备方法制得。
7.如权利要求6所述的富含A位金属缺陷的锰基莫来石催化剂，其特征在于，所述A位金属缺陷的摩尔含量占所述催化剂总摩尔含量的5％～15％。
8.如权利要求7所述的富含A位金属缺陷的锰基莫来石催化剂，其特征在于，所述锰基莫来石为Sm
9.如权利要求6～8任一项所述的富含A位金属缺陷的锰基莫来石催化剂在催化氯苯燃烧中的应用。
10.一种用于湿润环境下催化氯苯燃烧的方法，其特征在于，所述方法包括：在权利要求6～8任一项所述的富含A位金属缺陷的锰基莫来石催化剂的作用下，催化氯苯燃烧。
...【技术特征摘要】
1.一种富含a位金属缺陷的锰基莫来石催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀土金属盐为镧系金属盐，所述镧系金属盐选自y(no3)·6h2o和/或sm(no3)3·6h2o；
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述稀土金属盐和所述锰盐的摩尔比为1：2。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述有机酸与所述稀土金属盐中的金属离子的质量比为1～1.5：1。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述尿素，与所述稀土金属盐中的金属离子及所述锰盐中的金属离子之和的摩尔比为1～4：1。
6.一种富含a位...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓，兰晋彤，王高武，刘毅，施红旗，王骁，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：
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