[發(fā)明專利]一種三維有序大孔氧缺陷型二氧化鈰催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911011392.0
• 申請日: 2019-10-23
• 公開（公告）號: CN110975857B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 安太成;孔潔靜;李桂英
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01D53/86;B01D53/72;C01F17/235
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 張燕玲

本發(fā)明屬于環(huán)境催化與無機(jī)金屬催化劑材料的制備領(lǐng)域，公開了一種三維有序大孔氧缺陷型二氧化鈰催化劑及其制備方法和應(yīng)用。所述催化劑是采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膠晶模板法，并經(jīng)過還原/氧化氣氛煅燒及水蒸氣處理后制得，制備得到的催化劑在光熱催化凈化苯乙烯、正己烷和環(huán)己烷等典型大氣污染物中表現(xiàn)出優(yōu)良的活性與穩(wěn)定性。本發(fā)明的方法具有原料廉價易得，制備過程簡單，所得材料的氧空位、表面酸量與酸強(qiáng)度可控，且光熱催化性能優(yōu)良等特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境催化與無機(jī)金屬催化劑材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種三維有序大孔氧缺陷型二氧化鈰催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

大量文獻(xiàn)已證實光熱催化凈化揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的高效性。光熱催化技術(shù)的核心是高活性和高穩(wěn)定催化劑的開發(fā)。二氧化鈰本身具備優(yōu)良的光學(xué)性能、儲氧釋氧能力與熱穩(wěn)定性，在光熱催化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但在處理一些難降解VOCs過程中，如苯系物、直鏈烷烴和環(huán)烷烴等，所需礦化溫度高，大量中間產(chǎn)物快速形成，中間產(chǎn)物甚至積碳易累積在催化劑表面導(dǎo)致其逐漸失活，嚴(yán)重影響二氧化鈰催化劑的催化穩(wěn)定性。

目前，研究者已經(jīng)嘗試了多種改性方法以優(yōu)化二氧化鈰的催化活性與穩(wěn)定性。主要集中于形貌調(diào)控、元素?fù)诫s和貴金屬負(fù)載。大量文獻(xiàn)已報道了孔徑均一、排列有序的開放孔道結(jié)構(gòu)，如納米管陣列和三維有序大孔等，能有效提高二氧化鈰與反應(yīng)物的接觸面積，并且每個孔道可看作一個獨(dú)立的反應(yīng)場所，能同時限域活性組分與富集反應(yīng)物分子；此外其有序的孔道結(jié)構(gòu)不僅有利于熱量傳遞和反應(yīng)物質(zhì)間的交換，而且能儲存一定波長的入射光，減少光子快速散射，促進(jìn)光熱催化反應(yīng)。另外，促進(jìn)活性氧的生成是提高催化性能的關(guān)鍵，單靠形貌調(diào)控，并不能從本質(zhì)上提高二氧化鈰的氧化還原性能。部分研究者通過元素?fù)诫s(如Bi、N、Mn、Co、K)拓寬二氧化鈰光響應(yīng)范圍以及提高其晶格氧遷移能力，或通過負(fù)載強(qiáng)氧化活性的貴金屬(如Pt、Pd)，提高對氧的活化能力。但由于元素?fù)诫s會降低二氧化鈰的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而貴金屬顆粒在反應(yīng)過程中也容易粗化與團(tuán)聚，導(dǎo)致改性后的催化劑存在穩(wěn)定性較差和貴金屬用量大、成本高等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺點，本發(fā)明的首要目的在于提供一種三維有序大孔氧缺陷型二氧化鈰催化劑的制備方法。該方法通過調(diào)控催化劑的形貌、氧空位與酸性位，使得所制二氧化鈰孔道大小均一有序、且富含氧空位與弱酸性位，有利于反應(yīng)物的吸附及氧氣活化，并提升其在光熱催化過程的催化活性與抗積碳能力，解決了傳統(tǒng)二氧化鈰催化劑活性不高、催化穩(wěn)定性差的問題。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述制備方法制備得到的三維有序大孔氧缺陷型二氧化鈰催化劑。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述三維有序大孔氧缺陷型二氧化鈰催化劑的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種三維有序大孔氧缺陷型二氧化鈰催化劑的制備方法，包括以下步驟：

S1、取六水合硝酸鈰與一水檸檬酸粉末，加入醇溶液，超聲后得到均勻透明溶液A；

S2、將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球粉末浸漬在溶液A中，超聲均勻后，抽濾除去多余液體，得到固體B，并將固體B依次進(jìn)行真空干燥、煅燒I和煅燒II操作，得到固體C；

S3、將步驟S2所得固體C移入固定床反應(yīng)器，后進(jìn)行煅燒III、水蒸氣處理和煅燒IV操作，得到三維有序大孔氧缺陷型二氧化鈰催化劑；

步驟S3中煅燒III與水蒸氣處理同時進(jìn)行，其過程為：采用氮?dú)夤呐菅b置控制反應(yīng)器內(nèi)濕度，控制濕度為10％～90％，同時在體積比為1：0.1～10的氫氣與氮?dú)饣旌蠚夥諊?00～600℃煅燒1～24h；所述煅燒IV的過程為：在保持所述煅燒III溫度條件下通入氮?dú)獯祾?h進(jìn)行除濕處理后，在體積比為1：0.1～10的空氣與氮?dú)饣旌蠚夥諊?00～600℃煅燒1～24h。