[發明專利]用于催化消除VOCs的Pd和Pt負載介孔氧化錳的制備方法

無效

• 申請號: 200910236277.3
• 申請日: 2009-10-23
• 公開（公告）號: CN101703932A
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 葉青;王娟;程水源;康天放;王道
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B01J23/656
• 分類號: B01J23/656;B01J35/10;B01J32/00;B01J37/02;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及一種廉價簡單介孔氧化錳載體的制備，及其負載貴金屬Pt和Pd催化劑的制備方法，并且用于低溫催化消除VOCs氣體。

背景技術

介孔氧化物材料是一類最常見的介孔材料，也是應用最廣泛的一類材料。介孔氧化物材料經過多年的研究，其獨特的特點和優越的性能逐漸被人們理解，其應用已不僅僅限于傳統的催化、吸附等領域，而是成為跨越光、電、磁、納米工程、生物工程、醫藥等領域的多功能材料。

揮發性有機物(Volatile?organic?compounds(VOCs))是城市大氣的主要污染物，主要來源于汽車尾氣排放、工業生產和能源使用過程。VOCs大多有毒，可誘發疾病和致癌，甚至致畸。VOCs污染在國際上已被列為危害人體健康的五大因素之一。以臭氧為主的光化學煙霧的形成主要是由VOCs主導的化學反應過程。因此，對大氣VOCs的控制和治理是環境保護的一個關鍵問題。

苯是所有VOCs氣體中最難轉化的物質，而且在是室內外分布最廣的物質之一，因此，本發明以苯為探針來研究VOCs的催化消除。目前國內外對苯的催化消除研究較少，而且完全催化消除苯的反應溫度較高。例如：韓國Gon?SeoO課題組研究發表的“The?effect?of?mass?transfer?on?the?catalyticcombustion?of?benzene?and?methane?over?palladium?catalysts?supported?on?porousmaterials”(Catal.Today，83(2003)131-139)論文中，在空速為60,000h-1，苯的濃度為10,000ppm時(空速低于本發明的80,000h-1，苯濃度高于本發明的1000ppm)，使用FAU沸石、MCM-41和KIT-1負載Pd催化劑對苯進行催化燃燒反應，其完全催化消除苯的溫度大多在300℃以上。

本項目的實施得到國家自然科學基金(編號：20777005)、北京市自然科學基金(編號：8082008)和北京市組織部優秀人才基金(編號：20071D0501500210)項目資金的資助，是這些項目的研究內容。

發明內容

本發明的目的是提供Pd和Pt負載介孔氧化錳低溫催化消除VOCs氣體的制備方法。

本發明催化劑，在高空速下(80,000h^-1)，對低濃度苯(1000ppm)具有較高的低溫催化消除活性：1)Pt負載介孔氧化錳催化劑，在190～200℃時將苯完全氧化成CO₂和H₂O，在80～90℃時將CO完全氧化成CO₂；2)Pd負載介孔氧化錳催化劑，在290℃將苯完全氧化成CO₂和H₂O，在57-70℃時將CO完全氧化成CO₂。

本發明提供的介孔氧化錳的制備是用于催化劑載體，Pt和Pd通過負載載體制得。用順丁烯二酸和高錳酸鉀為原料，使用sol-gel(溶膠-凝膠)法制備介孔氧化錳載體，濕浸漬法負載Pt、Pd催化劑。具體制備通過如下技術方案實現：

本發明所提供的上述催化劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)介孔氧化錳的制備

將摩爾比為1～4∶1的KMnO₄和順丁烯二酸配成溶液，加入KOH調節pH為7～10，溫度保持在30℃～60℃，攪拌10～30分鐘后，靜置15～30小時。倒掉上清液，在室溫下抽濾、乙醇洗滌，得到的黑棕色凝膠體，然后將該凝膠體在80℃～120℃抽真空干燥15～24小時，得黑色固體。用乙醇溶液將該固體浸泡15～24小時，抽濾、蒸餾水洗滌，在80℃～120℃抽真空干燥，獲得黑色粉狀固體。在20～40ml/min的空氣流中，將粉狀固體200℃～400℃焙燒2～5小時得到介孔氧化錳。

(2)濕浸漬法Pd和Pt負載介孔氧化錳的制備

取上述介孔氧化錳加入配置好的0.1～0.4M?Pd(NO₃)₂溶液中，形成懸浮液，其中Mn∶Pd元素的摩爾比為15～40∶1，在上述懸浮液中，加入硝酸調節pH為6～9，室溫攪拌10～24小時，然后加入0.2～0.7M?NaBH₄溶液繼續攪拌4～7小時，超聲波處理15～30分鐘。將上述溶液室溫下旋轉蒸發8～16小時得黑色固體。該固體分別用蒸餾水和乙醇洗滌幾次，然后在80～120℃真空干燥18～24小時，干燥后即制得Pd負載介孔氧化錳的催化劑。