[發明專利]錳基催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202010813085.0
• 申請日: 2020-08-13
• 公開（公告）號: CN111905719B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 李俊華;楊其磊;彭悅;李琪;黃旭;陳建軍;馬永亮
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01J35/10;B01D53/86;B01D53/56;B01D53/44
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

本發明涉及一種新型錳(Mn)基催化劑及其制備方法。本發明提供一種錳基催化劑，其由式(γ)MnO₂/(1?γ)AMn₂O₅表示，其中，0γ≤1，A為選自Y、La、Sm、Sr、Ce、Ba、Ca、Gd、Nd、Pr中的一種或多種。所述AMn₂O₅具有莫來石結構，所述錳基催化劑的平均孔徑為10～50nm。本發明還提供一種制備錳基催化劑的方法，其包括以下酸刻蝕步驟：將AMn₂O₅莫來石前驅體在酸溶液中在18℃至100℃的溫度下進行刻蝕，從而得到由式(γ)MnO₂/(1?γ)AMn₂O₅表示的錳基催化劑。本發明催化劑不僅能夠提高莫來石前驅體的比表面積，還能夠暴露出更多具有催化活性的Mn活性位，使VOCs和NO催化能力得到極大提升。

技術領域

本發明屬于大氣污染治理技術和環保催化材料技術領域，特別涉及一種用于VOCs和NO協同催化凈化或單獨凈化的新型錳(Mn)基催化劑及其制備方法。

背景技術

揮發性有機物(volatile organic compounds，VOCs)是在特定條件下具有揮發性或20℃時蒸氣壓大于或者等于0.01kPa的所有有機化合物的總稱。其常溫下蒸發速率大、易揮發，是造成大氣光化學煙霧和霧霾的重要前體物。它們主要來自于石油化工、噴涂、包裝印刷、醫藥，精細化工等行業生產過程中排放的廢氣，對自然環境和人體健康危害嚴重。面對日益嚴重的環境污染形勢，我國政府對VOCs的排放限制越來越嚴格。2013年9月發布的《大氣污染防治行動計劃》指出，要推進揮發性有機物污染治理，在石油化工、有機化工、包裝印刷等行業實施揮發性有機物綜合整治。2016年1月開始實施的新《大氣污染防治法》，首次將VOCs納入監管范圍。綜上所述，VOCs將成為在大氣污染治理行業關注的焦點。

目前眾多VOCs治理技術中，催化燃燒技術具有適用范圍廣、起燃溫度低、能耗低、效率高、無二次污染等優點，已成為處理VOCs的主流技術和發展方向。它借助催化劑可使有機廢氣在較低的起燃溫度下進行完全燃燒，并放出大量熱量實現反應的自供熱。而高效催化劑又是該技術的核心。在 VOCs催化劑體系中，貴金屬催化劑因催化活性高、起燃溫度低等特點，已在VOCs處理工藝中得到廣泛應用。但由于貴金屬資源短缺而且價格偏高，近年來研究的熱點主要圍繞過渡態金屬氧化物展開，其中錳基氧化物表現出良好的催化活性。

另外，鋼鐵燒結、垃圾焚燒等行業煙氣和機動車尾氣的排放對我國空氣質量環境造成嚴重危害。針對鋼鐵燒結、垃圾焚燒等行業煙氣和機動車尾氣，其排放氣體中含有大量污染物如顆粒物、SO₂、NOx和VOCs等酸性氣體。如鋼鐵行業，2012年環保部發布《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》 (GB28662-2012)，燒結機設備生產的主要污染物分別執行顆粒物50mg/m³、 SO₂ 200mg/m³、NO_x 300mg/m³，CO 5000mg/m³的限制標準。其中，CO是一種廣泛存在于鋼鐵燒結、垃圾焚燒煙氣和汽車尾氣中的還原氣體。大氣中的NO_x、硫氧化物和VOCs之間的相互作用導致大氣中一次顆粒物轉變成二次顆粒物污染物，進而導致霧霾天氣。因此，控制VOCs和NO的排放對于改善我國空氣質量具有重要意義。迫切需要開發一種能夠同時高效脫除VOCs和 NO的催化劑，將VOCs和NO轉化為無毒化合物，將是一種具有良好應用前景的新技術。

錳基莫來石催化劑(AMn₂O₅)具有優異的氧化性能和極高的熱穩定性，是一種對VOCs和NO有高催化活性的材料，因此近年來引起了大家的廣泛關注。例如，引用文獻1公開了通過水熱合成法來制備莫來石型錳基氧化物催化劑。為了提高催化劑活性，對改性錳基莫來石以及錳基莫來石復合物的研究也越來越多。例如，引用文獻2公開了Ag改性的錳基莫來石，引用文獻3 公開了一種錳基莫來石/氮摻雜石墨烯復合氧電催化劑。