[發明專利]一種層狀氧化錳多孔材料催化劑的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201210489875.3
• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN102921408A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 余林;周俊麗;孫明;藍邦;葉飛;何軍;刁貴強;成曉玲
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: 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

本發明涉及一種層狀氧化錳多孔材料催化劑的制備方法及其應用。

背景技術

多孔材料由于具有較大的比表面積、吸附容量等特殊性能，在吸附、催化及電化學等領域得到廣泛的應用。近年來微觀有序多孔材料已成為科學研究的主要方向之一。目前，通過水熱合成法，溶膠-凝膠法、插層組裝等合成方法，人們已經合成了多種過渡金屬氧化物多孔材料。層狀二氧化錳是具有二維結構的層狀錳氧化物，其片層由錳氧八面體MnO₆共邊或者共角構成，層間有水分子和可自由離子交換的K⁺或者Na⁺，層間距為0.7nm。層狀二氧化錳具有可插層、可剝離的性質，以二氧化錳納米片為構建模塊，用有機大分子或者無機柱化劑進行插層組裝，構成不同客體，不同活性組分分布的層狀氧化錳復合材料，使得復合材料同時具有層狀氧化錳主體和客體分子的性質，從而實現對層狀氧化錳催化性能的可調控。層狀二氧化錳具有優越的離子交換性能、吸附性能、氧化性能、催化性能等獨特的性質。作為一種新型的功能材料，已有報道層狀二氧化錳在催化熱分解苯胺類、液相氧化醇類和催化燃燒苯系物等中都表現出理想的催化活性，因而具有廣闊的工業應用前景，是極具潛力的催化燃燒催化劑。本研究采用剝離組裝法和原位氧化法制備了氧化鋁柱層狀氧化錳多孔材料，并將之應用于新型清潔能源二甲醚的催化燃燒反應，實現了低溫高效的催化燃燒。

???目前報道用于二甲醚催化燃燒反應用的催化劑有摻雜型六鋁酸鹽催化劑、貴金屬負載型催化劑和金屬氧化物催化劑。其中，專利2008100268109以隧道狀氧化錳通過離子交換法制備的離子摻雜型氧化錳八面體分子篩催化劑和專利2010101130466以Birnessite型氧化錳前驅體通過浸漬法制備的不同金屬離子摻雜型氧化錳催化劑在二甲醚催化燃燒中表現出優異的催化活性，起燃溫度T₁₀（二甲醚轉化率為10%的溫度）由空管的235℃分別降至160℃和149℃。在本專利中，我們以層狀二氧化錳為前驅體，通過剝離組裝法和原位氧化還原法制備的氧化鋁柱層狀二氧化錳多孔材料催化劑，并將其應用于二甲醚催化燃燒中，結果發現催化燃燒性能進一步提高，獲得很好的催化活性和穩定性。

發明內容

本發明的目的是提供一種層狀氧化錳多孔材料催化劑的制備方法及其應用。

本發明提供的一種層狀氧化錳多孔材料催化劑的制備方法，包括如下步驟：

（1）在室溫下，氫型層狀氧化錳首先進行超聲剝離，得到的二氧化錳納米片溶液分散在0.1~1mol·L^-1的金屬離子鹽溶液中重組，得到不同金屬離子插層層狀氧化錳，標記為A^x+-MO；

（2）在氨水和雙氧水環境中A^x+-MO進一步氧化生成金屬氧化物柱撐層狀氧化錳，標記為A₂O_X-MO；

（3）A₂O_X-MO在空氣中300~600℃焙燒1~6h后，成型得到金屬氧化物柱層狀氧化錳多孔材料催化劑。

上述步驟（1）所述的二氧化錳納米片的制備方法：將氫型層狀氧化錳加入到四甲基氫氧化銨溶液中，其中四甲基氫氧化銨與氧化錳離子交換容量的摩爾比為5，超聲1h，得到二氧化錳納米片。

上述步驟（1）所述的金屬離子鹽溶液是AlCl₃·6H₂O、Ce(NO₃)₃·6H₂O或SnCl_4?溶液。

上述步驟（1）所述的金屬離子插層層狀氧化錳A^x+-MO的制備中，金屬離子A^x+為Al³⁺、Sn⁴⁺或Ce³⁺，金屬離子A^x+與層狀氧化錳離子交換容量的摩爾比為1~5。

上述步驟（2）所述的A₂O_X-MO，其中A為金屬元素Al、Sn或Ce。

上述步驟（2）所述的氨水和雙氧水是0.8?mol·L^-1氨水和1?mol·L^-1雙氧水。

上述步驟（3）所述的焙燒升溫速率為1~8°/min。

本發明還提供一種所述的層狀氧化錳多孔材料催化劑應用于二甲醚的催化燃燒。

本發明的有益效果是：