[發明專利]一種Cu、Ce摻雜型氧化錳催化劑及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201110361342.2
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN102513122A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 孫明;余林;邢澤鋒;張曉珊;刁貴強;謝志鋒;廖志勇
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01D53/86;B01D53/72
• 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Cu、Ce摻雜型氧化錳催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

催化燃燒是20世紀40年代出現的技術。它是在催化劑的作用下有機揮發性廢氣（VOCs）或者燃料（甲烷，天然氣等）在較低溫度的條件下迅速氧化成水和二氧化碳的過程。在催化燃燒條件下，可以降低VOCs和燃料的起始燃燒溫度，較之直接燃燒法可以節約能源，提高燃燒效率。并且催化燃燒不受碳氫化合物濃度的限制，不會造成二次污染。

常用的催化燃燒催化劑包括貴金屬（Pd，Pt，Au等）、過渡金屬氧化物、鈣鈦礦、六鋁酸鹽等（天然氣化工，2008，33（4）71））。貴金屬催化劑活性好，但在高溫下易流失，易中毒并且價格昂貴；六鋁酸鹽和鈣鈦礦催化劑的高溫穩定性好，但低溫活性較差。對于低溫的催化燃燒，過渡金屬氧化物催化劑，尤其是二氧化錳基催化劑具有較大優勢。

新能源二甲醚（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，是柴油發動機理想的替代燃料，也可作為液化石油氣的替代品用于民用燃料。中國專利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℃，表現出優異的催化性能。中國專利201010113046.6以Birnessite型氧化錳為前軀體采用浸漬法制備了不同結構的單金屬離子摻雜型氧化錳催化劑，應用于DME的催化燃燒反應。

關于揮發性有機廢氣的催化燃燒催化劑，已有文獻（物理化學學報，2010,26（4）885；化工進展，2011,30（8）1726）對近年的發展進行了系統的綜述。同時也有部分中國專利對VOCs的催化燃燒的過渡金屬催化劑進行了報道，如200710030952.8，200910058047.2，201010564928.4，2010105035606.6，201010252675.7等。

但是以Birnessite型氧化錳為前驅體，同時摻雜Cu和Ce組分得到的雙組分復合型氧化錳催化劑尚未有文獻或者專利報道。鑒于Cu和Ce共同存在條件下可以互相促進活性，在本專利中，我們以Birnessite型氧化錳為前驅體，浸漬引入Cu和Ce，制備了Cu、Ce雙組份共摻雜型氧化錳催化劑，并用于二甲醚和揮發性有機廢氣的催化劑燃燒，該廉價易得的催化劑表現出了優異的低溫燃燒活性。

發明內容

本發明之目的在于提供一種用于二甲醚和揮發性有機廢氣VOCs催化燃燒的Cu、Ce摻雜型氧化錳催化劑及制備方法。

一種Cu、Ce摻雜型氧化錳催化劑是以層狀的Birnessite型氧化錳為前驅體，而后引入Cu和Ce組分，得到Cu_xCe_0.1-x-MnO₂催化劑，x取值為0.005<x<0.1。

所述催化劑的制備方法，前驅體為層狀的Birnessite型氧化錳，引入Ce和Cu，溫度40~80℃，浸漬液為所述金屬離子的硝酸鹽、氯化物或者醋酸鹽溶液；按Cu:Ce:Mn摩爾比為x:(0.1-x):1混合均勻，劇烈攪拌，經洗滌過濾、110℃烘12?h后得到黑色固體粉末，粉末于空氣氣氛中，焙燒，制得Cu、Ce摻雜型氧化錳催化劑。

所述Cu金屬離子的硝酸鹽、氯化物或者醋酸鹽是硝酸銅、氯化銅或醋酸銅；所述Ce金屬離子的硝酸鹽是硝酸鈰。

所述催化劑的焙燒溫度為200~700℃，焙燒時間為1~10?h，升溫速率為0.5~10?℃/min。

所述的Cu、Ce摻雜型氧化錳催化劑適用于二甲醚和揮發性有機廢氣的催化燃燒。

本發明先采用溶膠凝膠法制得催化劑的前驅體Birnessite型氧化錳，而后由浸漬法同時引入Ce和Cu組分，最后經過焙燒得到Cu、Ce摻雜型氧化錳催化劑。

本發明的有益效果是：本發明提供了一種用于二甲醚DME和揮發性有機廢氣催化燃燒的高效的Cu、Ce摻雜型氧化錳催化劑，較之單組份摻雜的氧化錳催化劑，由于Cu和Ce的相互作用，促進了氧化錳的催化性能，具有更佳的催化燃燒性能，低溫性能好，起燃到完全燃燒的窗口窄，可同時適用于二甲醚和揮發性有機廢氣。該催化劑價格低廉，具有較好的適應性，可應用于二甲醚和揮發性有機廢氣VOCs的催化燃燒，表現出優良的低溫活性，產物只有二氧化碳和水，沒有其它副產物。

附圖說明