[發明專利]在堇青石上生長的三維多孔Mn-Co微球及制備與應用

有效

• 申請號: 201911337715.5
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111085217B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 吳東方;孫雪微
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01J35/08;F23G7/07;B01D53/86;B01D53/44
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種在堇青石上生長的三維多孔Mn?Co微球及制備與應用，該微球為鈷物種摻雜在氧化錳的骨架中形成的復合尖晶石氧化物，具有三維多孔結構，微球由眾多納米顆粒聚集而成，均勻分散在蜂窩陶瓷堇青石的通道壁上。其通過水熱合成反應制得：將堇青石懸浮在高錳酸鉀和硝酸鈷混合溶液中，并使用水作為溶劑、甘油和四丁基溴化銨作為結構導向劑，控制Mn與Co的摩爾比，經水熱反應后干燥、煅燒得所述Mn?Co微球。本發明解決了傳統整體催化劑制備方法中機械穩定性差、活性組分在高空速下易于從載體上脫落的問題，且制備工藝簡單、成本低，在一氧化碳催化氧化、揮發性有機化合物催化氧化和氮氧化物選擇性催化還原領域有著潛在的應用。

技術領域

本發明涉及一種在堇青石上生長的三維多孔Mn-Co微球及制備和應用，屬于催化劑技術和工業催化領域。

背景技術

近年來，空氣污染以及能源緊缺等問題逐漸引起社會的關注。空氣中大量存在的揮發性有機化合物、NO_x以及CO等有害氣體正在危害著人們的健康，因此尋求高效且環保的催化劑迫在眉睫。用于廢氣治理常見的催化劑有貴金屬催化劑，過渡金屬氧化物催化劑和復合金屬氧化物催化劑。貴金屬催化劑催化活性高，但是面臨著價格昂貴，資源匱乏以及易失活的問題，因而近年來對于非貴金屬催化劑的開發和研究越來越多。

Co₃O₄具有低成本、高儲量和良好的催化活性的獨特性質，Co₃O₄的高活性與其在尖晶石型結構中存在的移動氧有關。該催化劑具有出色的低溫還原能力和大量的氧空位，以及高濃度的親電氧物種。研究表明Co₃O₄是可用于甲苯和丙烷完全氧化的最有效催化劑。

Mn-Co催化劑是一種廣泛應用的有機廢氣凈化二元催化劑，具有高催化活性，低成本等優點。傳統的Mn-Co/堇青石整體催化劑制備方法有漿料涂覆法、浸漬法和檸檬酸溶膠凝膠法等，這些方法制備的整體催化劑機械穩定性差，活性組分在高空速下易于從載體脫落。研究在堇青石上生長Mn-Co微球，可以克服傳統制備方法的機械穩定性差的問題，同時微觀結構與催化劑活性之間的關系值得進一步研究。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種在堇青石上生長的三維多孔Mn-Co微球及其制備和應用，在堇青石上可控生長出三維多孔Mn-Co微球，附著牢固，催化劑穩定性高，其具有高機械穩定性和多孔結構、大的比表面積、更多的活性氧，且制備方法簡單，負載量少，Mn-Co尖晶石氧化物之間強的協同作用產生更多的活性氧，促進了催化活性的增強，在一氧化碳(CO)催化氧化、揮發性有機化合物(VOCs)催化氧化和氮氧化物(NO_X)選擇性催化還原具有很好的研究價值和應用前景。

技術方案：本發明提供了一種在堇青石上生長的三維多孔Mn-Co微球，該微球為鈷物種摻雜在氧化錳的骨架中形成的復合尖晶石氧化物，具有三維多孔結構，微球由眾多納米顆粒聚集而成，均勻分散在蜂窩陶瓷堇青石的通道壁上，結構牢固。

其中：

所述的微球直徑為0.5μm～2μm，且該Mn-Co微球中Mn的質量分數為30～50wt％。

本發明還提供了一種在堇青石上生長的三維多孔Mn-Co微球的制備方法，該方法包括以下步驟：

1)將蜂窩陶瓷狀堇青石進行清洗預處理，干燥后備用；

2)將步驟1)干燥后的蜂窩陶瓷狀堇青石懸浮在硝酸鈷和高錳酸鉀的混合水溶液中，攪拌均勻得到混合物A；

3)攪拌條件下向混合物A中加入適量的甘油和四丁基溴化銨，充分攪拌，得到混合物B；

4)將混合物B進行水熱反應，反應結束后取出蜂窩陶瓷狀堇青石，依次用蒸餾水、乙醇洗滌并干燥；