[發明專利]一種用于VOCs催化氧化的納米花尖晶石CoMn2

有效

• 申請號: 201810255389.2
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108295866B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 曲振平;董翠
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01J35/10;B01J37/03;B01J37/08;B01D53/86;B01D53/44
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于環境催化凈化技術領域，提供一種用于VOCs催化氧化的納米花尖晶石CoMn₂O₄催化劑、制備方法及其應用。草酸作為沉淀劑，洗滌、干燥、煅燒，得到尖晶石CoMn₂O₄催化劑。本發明制備的CoMn₂O₄催化劑展現出納米片自組裝形成納米花狀結構。相比氧化物Co₃O₄、MnO_x和混合相Co₃O₄/MnO_x以及目前文獻中報道的尖晶石CoMn₂O₄催化劑，本發明制備出的尖晶石CoMn₂O₄催化劑在VOCs去除中表現出較好的活性和穩定性，在220℃可以達到99％甲苯去除率，在90℃實現甲醛的100％轉化，同時在170℃可對丙酮的去除率可以達到100％，具有較好的工業應用前景。

技術領域

本發明涉及一種尖晶石CoMn₂O₄高效去除VOCs的催化劑及制備方法，屬于環境催化凈化技術領域。

背景技術

隨著相關化工工業不斷發展，空氣中排放出的揮發性有機污染物不斷增多。揮發性有機污染物來源廣泛，主要來源于室內裝修裝飾材料所使用有機溶劑、含水涂料、油漆等以及工業廢氣和機動車車尾氣。面對揮發性有機污染物的不斷增加以及對人類、動植物帶來的不利影響，控制揮發性有機污染物的排放刻不容緩。催化氧化法去除VOCs作為一種高效的去除方法而被廣泛應用，高效穩定催化劑的研發具有非常重要的意義。

研究發現過渡金屬氧化物擁有較低的成本和較好的穩定性，并且具備良好的儲放氧能力，能夠在不同價態之間轉換從而實現快速氧化還原反應，在多個催化氧化反應中表現出較好的催化活性。近年來，對錳基催化劑展開了大量研究，摻雜、添加其他過渡金屬，改變單一組分過渡金屬氧化物的內部結構，產生一些結構缺陷等，進而提高催化劑吸附氧、活化氧和傳輸氧的能力，最終提高過渡金屬氧化物催化氧化活性。相比其余過渡金屬氧化物催化劑，錳、銅和鈷催化劑在VOCs的催化氧化反應中擁有相對較好的活性而被稱為“環境友好型催化劑”。

尖晶石結構氧化物AB₂O₄由于具有一些獨特性質，被廣泛應用在諸多領域。中國專利網CN 102000576 A采用高溫球磨法制備了雙組分Cu-Co-O復合氧化物，以尖晶石CuCo₂O₄以及Cu-Co固溶體形式存在，在250℃實現甲苯的完全氧化，但是高溫球磨法須將前驅體進行高溫處理，將增加催化劑的制備成本。針對上述問題，目前發展尖晶石制備技術有溶膠凝膠法，沉淀法和水熱/溶劑熱法等，從而降低合成方法溫度。Wang等采用硬模板法制備了三維介孔ZnCo₂O₄和CoFe₂O₄尖晶石催化劑，其分別在236℃和261℃達到90％苯去除率(ACSCatal.,2017.7, 1626-1636)。Liang等采用共沉淀法獲得了錳鐵尖晶石，其在250℃將甲醛完全礦化(J.Hazard.Mater.,2016.306,305-312)。Seyed Ali Hosseini等采用溶膠凝膠與共沉淀法分別制備了CoMn₂O₄尖晶石，并提出尖晶石結構缺陷對合成方法及條件比較敏感，其晶相結構包含混相的CoMn₂O₄和MnCo₂O₄兩種結構，分別在320℃和260℃對甲苯和2-丙醇達到80％轉化率，其比表面積只有31m²g^-1。(J.Environ. Sci.Health,Part A.,2011.46,291-297)。盡管已有相關制備尖晶石催化劑的前沿文獻，但在溫和條件下制備單一相的尖晶石催化劑仍很難控制，同時其比表面積偏低，VOCs低溫氧化活性還有待提高，VOCs去除能耗較大，增加了其應用成本。