[發明專利]一種三維有序大孔結構錳釤復合氧化物的制備及應用

在審

• 申請號: 201910854763.5
• 申請日: 2019-09-11
• 公開（公告）號: CN110721672A
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（設計）人: 張傳輝;曾凱;王雅婷
• 申請（專利權）人: 青島大學;嘉興創智合新材料科技有限公司
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01J35/10;F23G7/07
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本發明屬于環境催化及其制備技術領域，具體涉及一種三維有序大孔結構的錳釤復合氧化物催化劑的制備及其在揮發性有機物低溫催化燃燒上的應用。本催化劑的主要組分為錳和釤，錳釤摩爾比為(0.95?0.80):(0.05?0.20)，能夠在空速為30000mL/(g·h)、395℃下實現低濃度丙烷的完全催化燃燒去除。該發明使用有機聚合物微球作為制備錳釤復合氧化物的模板劑，經過高溫煅燒去除有機模板進而形成三維有序的大孔結構，其納米尺度的孔結構能夠提高催化劑的比表面積，有利于揮發性有機物在催化劑體相中的擴散，從而提高催化劑的催化效率，本催化劑是一種新型廉價高效的環保催化凈化材料。

技術領域

本發明屬于催化材料制備領域，具體涉及一種三維有序大孔結構錳釤復合氧化物催化劑的制備方法。

背景技術

工業和汽車運輸活動中排放的揮發性有機化合物(VOCs)是一類典型的大氣污染物，對人體具有嚴重的危害，例如當VOCs氣體達到一定濃度時，會引發頭痛、惡心、嘔吐、乏力等癥狀，嚴重時甚至造成人體抽搐、昏迷，傷害肝臟、腎臟、大腦和神經系統，造成記憶力減退等嚴重后果。催化燃燒被認為是處理VOCs尾氣最有效和最經濟的技術之一，目前商品化的催化劑多為負載型貴金屬(如Pt、Pd和Rh)。盡管該類催化劑具有較高的低溫催化性能，但受到成本高、熱穩定性低、易燒結和易中毒等缺陷限制。作為貴金屬的潛在替代品，復合金屬氧化物由于其價格低廉、良好的抗中毒能力和熱穩定性在VOCs催化燃燒反應中得到了廣泛關注。復合金屬氧化物的催化性能通常與非化學計量氧的數量、低溫可還原性、比表面積和孔結構等因素有關。近年來通過對復合金屬氧化物形貌的調控進而提高其催化燃燒活性成為研究熱點，特別是三維有序大孔(3DOM)金屬氧化物具備均一、有序的尺寸和內部孔道結構，有助于促進氣相分子在催化劑內部的擴散；同時該類型氧化物具有較大的比表面積和活性位，能夠加快催化燃燒反應的進行。這些優點使3DOM結構金屬氧化物催化劑在機動車尾氣和VOCs廢氣凈化領域表現出廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠簡單制備3DOM結構錳釤復合氧化物(Mn_1-ySm_yO_x)催化劑的方法，主要包括以下步驟：

(1)稱取一定量的過硫酸鉀和去離子水加入到1L的四口圓底燒瓶中，在密封條件下攪拌并通入氮氣處理30分鐘后，將溶液加熱到70℃；

(2)向燒瓶中加入一定量的甲基丙烯酸甲酯(MMA)，保溫1～2h后，將獲得的乳白色液體經離心去除上層液體并用離子水洗滌3次，將離心獲得的乳白色固體放入50℃烘箱干燥，獲得白色粉末狀聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；

(3)以硝酸錳為錳源，六水合硝酸釤為釤源，PMMA作為有機模板劑，檸檬酸為絡合劑，將硝酸錳、硝酸釤，檸檬酸溶于乙二醇和甲醇混合溶液中，在室溫下攪拌1～3h得到澄清的前驅體溶液；所述硝酸錳中的錳元素與硝酸釤中的釤元素的摩爾比為(0.95～0.80):(0.05～0.20)；

(4)攪拌的同時向步驟(3)得到的前驅體溶液中緩慢加入步驟(2)得到的PMMA，在30-50℃下攪拌2h，得到混合物；

(5)將步驟(4)得到的混合物在室溫下靜置18～24h，然后真空抽濾去除液體，將過濾出PMMA模板劑在50℃烘箱干燥后置于管式爐中，先以1℃/min的升溫速率升到350℃保持2h，隨后升到500℃焙燒2～5h，自然冷卻至室溫，進而獲得錳釤復合氧化物催化劑。

在本發明的技術方案中：

步驟(1)中的過硫酸鉀為質量分數97.8％的過硫酸鉀。

步驟(2)中的MMA單體為質量分數99％的甲基丙烯酸甲酯。