[發明專利]一種金屬離子摻雜型氧化錳催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201010113046.6
• 申請日: 2010-02-09
• 公開（公告）號: CN101791559A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 余林;刁貴強;孫明;李永峰;郝志峰;余倩;那秀輝;周俊麗
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01J23/34;C10L10/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及一種用于二甲醚催化燃燒的金屬離子摻雜型氧化錳催化劑及其制備方法和 應用。

背景技術

二甲醚(DME)具有優良的物理性能，常溫常壓下，其無色有醚味的氣體，低毒，無致 癌性，可貯存在0.6Mpa的標準丙烷氣瓶里，易于運輸。DME具有較高的十六烷值(55～60， 比柴油的十六烷值高27％)，動力性能好，可實現無煙燃燒，是柴油發動機理想的替代燃料， 也可作為液化氣(LPG)的替代品用于民用燃料。從環境保護和能源安全使用的角度出發，以 資源較為豐富的天然氣或煤炭為基礎合成的DME具有天然氣、甲醇、丙烷、丁烷、柴油等不 可比擬的綜合優勢，DME有望成為21世紀的一種新型的能源形式。

DME氣相燃燒反應起燃溫度較高，普通燃燒方式易產生氮氧化物、一氧化碳、碳氫化 合物等環境污染物。通過對DME采用催化燃燒的方式可進一步控制和消除氮氧化物、一氧 化碳等污染物，并具有較高的燃燒效率和能量利用率，實現環保和節能的目的。

目前，國內外報道的用于DME燃燒反應的催化劑主要包括貴金屬負載型催化劑、摻雜 型六鋁酸鹽催化劑及金屬氧化物催化劑。在二甲醚燃燒反應的空管實驗中，二甲醚的起燃溫 度T_10％為235℃，使用六鋁酸鹽BaNiAl₁₁O_19-δ催化劑后，起燃溫度T₁₀＝170℃，但完全轉化 溫度T₉₀＝430℃仍然較高；Cryptomelane型氧化錳(簡寫為Cry)和Birnessite型氧化錳(簡寫為 Bir)具有優越的離子交換性能、吸附性能、氧化性能，電化學性能和催化性能。作為一種催 化材料，其價格低廉，尤其在低溫反應中，可表現出優異的催化活性，被認為是極具潛力的 燃燒催化劑。采用不同方法制備的催化劑，由于制備工藝的差異，會導致其結構的差異，因 而造就其催化性能的差異。專利2008100268109以隧道狀氧化錳(Cryptomelane)采用離子 交換法制備的摻雜型氧化錳催化劑，二甲醚燃燒反應的T₁₀降至160℃，T₉₀降至170℃，表 現出了優異的催化性能。在本專利中，我們進一步以Bir型氧化錳為前軀體采用浸漬法制備 了不同結構的金屬離子摻雜型氧化錳催化劑，應用于DME的催化燃燒反應，發現催化燃燒 性能進一步提高，降低了起燃溫度和完全轉化溫度(T₁₀＝149℃，T₉₀＝159℃或更低溫度)， 且反應產物只有二氧化碳和水，可實現低溫高效的清潔燃燒。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于二甲醚催化燃燒的金屬離子摻雜型氧化錳催化劑及其制 備方法和應用。

本發明提供的一種金屬離子摻雜型氧化錳催化劑，該催化劑是以層狀的Birnessite型氧 化錳為前軀體，浸漬法引入金屬組分Ce、Cu、Fe或Ni，所述金屬組分與Mn的摩爾比值為 1～40％。

本發明還提供一種金屬離子摻雜型氧化錳催化劑的制備方法，本方法采用溶膠凝膠法制 得催化劑的前軀體Birnessite型氧化錳，在40～80℃水浴中，由浸漬法引入金屬離子Ce³⁺、 Cu²⁺、Fe³⁺或Ni²⁺，使其進入氧化錳的層間或骨架中，混合均勻、劇烈攪拌、洗滌過濾、烘 干后得到固體粉末，然后在空氣氣氛中110～800℃焙燒1～48h，得到不同結構的催化劑。

所述浸漬液為所述金屬離子的硝酸鹽或者氯化物溶液。

所述的金屬離子與Mn的摩爾比值在1～40％之間。

所述催化劑的焙燒升溫速率為0.5～10℃/min。

本發明還提供一種金屬離子摻雜型氧化錳催化劑應用于二甲醚的催化燃燒。

本發明的有益效果是：本發明提供了一種用于清潔能源DME催化燃燒的高效的錳氧化物 催化劑，較之以Cryptomelan氧化錳作為催化劑前軀體，采用層狀的Birnessite型氧化錳為前 軀體，通過浸漬法引入金屬組分，再經焙燒得到的氧化錳催化劑，具有更佳的催化燃燒性能， 其起燃溫度可降至149℃，于159℃實現完全燃燒。

附圖說明

圖1為實施例3制備的7％Ce-MO₅₀₀催化劑的XRD譜。

其中Cryptomelane表示隧道狀氧化錳。