[發(fā)明專利]用于空氣中甲苯催化消除的催化劑及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210459694.6
• 申請日: 2012-11-15
• 公開（公告）號: CN102909031A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周桂林;楊曉青;謝紅梅;萬婷婷;蘭海
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶工商大學(xué)
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 霍本俊

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及一種苯系物催化燃燒催化劑，具體涉及一種用于空氣中甲苯催化消除的催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

在人類生存環(huán)境日益惡化的今天，環(huán)境污染受到了世人的高度重視，大氣環(huán)境作為人類重要的生存環(huán)境之一，其污染狀況同樣受到高度重視。揮發(fā)性有機物?(Volatile?Organic?Fempounds?—?VOCs)?是大氣污染的重要組成部分，VOCs種類繁多，成分復(fù)雜，對人體健康和環(huán)境有極大的危害。苯系物(如，苯、甲苯和二甲苯等)是VOCs的重要組成部分，被廣泛用作工業(yè)化學(xué)品的起始原料或溶劑，但它們卻具有強致癌性和毒害中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用，已引起了世界各國的高度重視。世界許多國家制定了苯系物的大氣質(zhì)量標準，如歐盟從2000年12月1日開始執(zhí)行大氣中苯的年均濃度限值為5?μg/m³，到2006年1月1日起為1?μg/m³。世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定大氣中甲苯日平均接觸濃度限值為8.21?μg/m³。苯系物還與大氣光化學(xué)煙霧、氣溶膠的形成有著密切聯(lián)系，生成毒性更大的光化學(xué)煙霧。對于苯系物的處理方法通常可分為兩大類：一類是非破壞性技術(shù)即回收法；一類是破壞性技術(shù)，即通過化學(xué)或生物的技術(shù)使苯系物轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水以及氯化氫等無毒或毒性小的無機物，此類方法包括直接燃燒、催化燃燒、生物降解、等離子體氧化、光催化氧化法等常見技術(shù)。其中，催化燃燒可以在遠低于直接燃燒溫度條件下處理低濃度的苯系物氣體，具有凈化效率高、無二次污染、能耗低的特點，是處理苯系物應(yīng)用最有效的處理方法之一。

國內(nèi)外研究者對催化燃燒催化劑進行了大量相關(guān)研究，且大氣中苯系物的凈化處理技術(shù)已成為環(huán)境催化領(lǐng)域的一個研究熱點，而相關(guān)研究的核心問題仍是催化材料的設(shè)計和開發(fā)的問題。目前，所用的苯系物催化燃燒催化劑主要有貴金屬催化劑，包括含Pt、Pd、Ru和Au等，由于活性高、選擇性好、使用壽命長，并且還具有良好的抗毒性能等優(yōu)點，引起了研究者的極大興趣。貴金屬催化劑雖然具有很多優(yōu)點，?但由于其價格昂貴而限制了貴金屬催化劑在苯系物消除中的應(yīng)用。因此，近年來價格低廉的過渡金屬氧化物催化劑引起了人們的廣泛興趣。?對于過渡金屬氧化物催化劑的研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合氧化物催化劑表現(xiàn)出優(yōu)越的催化活性和穩(wěn)定性，甚至可以達到貴金屬催化劑的催化效果，而價格上又存在很大的優(yōu)勢，并且容易得到，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。

另外，常規(guī)的金屬氧化物存在比表面積小、孔隙不發(fā)達、孔徑分布無規(guī)律等缺陷，這大大限制了其催化性能的發(fā)揮。近些年來，介孔材料的研究獲得了巨大的發(fā)展，已由硅基材料發(fā)展為非硅基材料，其中介孔金屬氧化物材料由于組分及價態(tài)的可調(diào)變性以及晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等一些特殊性質(zhì)，使其在光、電、磁、催化等領(lǐng)域的研究成為熱點。介孔氧化物具有大的比表面積和發(fā)達的孔結(jié)構(gòu)，這為催化劑具有高的催化活性提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，通過CO催化氧化的研究結(jié)果證實介孔氧化物材料具有高的催化活性，但將介孔氧化物材料用于苯系物的催化消除的研究還未見報道。因此，開展介孔氧化物尤其是介孔復(fù)合氧化物的合成與苯系物催化消除性能的研究，不僅對介孔復(fù)合氧化物的合成和應(yīng)用具有重要的應(yīng)用價值和科學(xué)意義，對苯系物的催化消除和大氣環(huán)境保護也具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于空氣中甲苯催化消除的催化劑及其制備方法，該催化劑成本低廉且具有良好的低溫甲苯催化燃燒活性。

本發(fā)明公開了一種用于空氣中甲苯催化消除的催化劑，該催化劑的活性組分為Fe和Mn的復(fù)合氧化物，所述Fe和Mn的復(fù)合氧化物具有介孔結(jié)構(gòu)。

進一步，所述Fe和Mn的復(fù)合氧化物中，F(xiàn)e與Mn的原子比為1.5:1~1:1.5。

本發(fā)明還公開了上述用于空氣中甲苯催化消除的催化劑的制備方法，包括以下步驟：

1）一次浸漬：將模板劑浸漬于鐵鹽與錳鹽的溶液中，再蒸干溶劑并干燥處理，制得干料；

2）一次焙燒：在馬弗爐中焙燒步驟1）制得的干料；

3）二次浸漬：將一次焙燒后的產(chǎn)品再次浸漬于鐵鹽與錳鹽的溶液中，再蒸干溶劑并干燥處理，制得干料；

4）二次焙燒：在馬弗爐中再次焙燒步驟3）制得的干料；

5）模板劑去除：用去模板劑洗滌二次焙燒后的產(chǎn)品，去除產(chǎn)品中的模板劑；

6）水洗烘干：水洗去除模板劑后的產(chǎn)品至中性，然后烘干，制得所述催化劑。

進一步，所述步驟1）和步驟3）中，模板劑為介孔KIT-6模板劑，鐵鹽為硝酸鐵，錳鹽為硝酸錳，鐵鹽與錳鹽的溶劑為無水乙醇。