[發明專利]一種過渡金屬原位摻雜的錳基催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011001185.X
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112023918A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 郭利民;張龍;鄧威;朱思敏
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01J37/16;B01J37/12;B01J37/03;F23G7/07
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 陳燦;李智

本發明屬于催化劑技術領域，更具體地，涉及一種過渡金屬原位摻雜的錳基催化劑及其制備方法和應用。本發明制備方法包括：(1)將高錳酸鉀及過渡金屬硝酸鹽溶于水以獲得高錳酸鉀鹽溶液；(2)向高錳酸鉀鹽溶液中加入醇，發生氧化還原反應，得反應液；(3)將反應液過濾，取沉淀洗滌干燥后，即可獲得催化劑。本發明使用高錳酸鉀為原料，過渡金屬硝酸鹽為摻雜劑，水作為溶劑，水溶性醇作為還原劑，反應條件溫和，且無需額外制備多孔載體，反應效率高，成本低，具有較高的催化活性，可以有效降低VOCs轉化所需的溫度，VOCs轉化率達到90％以上。

技術領域

本發明屬于催化劑技術領域，更具體地，涉及一種過渡金屬原位摻雜的錳基催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

揮發性有機物(Volatile organic compounds,VOCs)是一類組成復雜的有機化合物的總稱，已經成為空氣中污染物的主要來源之一，有致畸、致癌、致突變作用，對大氣環境、動植物生長及人體健康危害巨大。催化燃燒由于其凈化效率高、能耗低等優點被廣泛應用于VOCs治理工程。催化燃燒過程中，催化劑是整個催化燃燒裝置的核心材料。目前的催化劑材料為負載貴金屬的催化劑，但是貴金屬仍存在價格昂貴、易中毒等問題。

CN111282565A公開了一種MnCeO_x催化劑的制備方法：將SiO₂納米球分散到去離子水中，然后分別加入高錳酸鉀和硝酸鈰，經攪拌、超聲后，于高壓釜中進行水熱反應，反應結束后，經離心，取下層沉淀，洗滌，制得樣品；將樣品于氫氧化鈉溶液中放置，然后經離心，取下層沉淀，洗滌至中性，干燥后，于馬弗爐中焙燒，制得MnCeO_x催化劑。該技術方案制備的MnCeO_x催化劑在廢氣中催化氧化脫除VOCs氣體具有良好的催化性能，在較低溫度范圍內就可實現VOCs氣體的高效催化脫除，然而制備過程需要高溫反應條件，還需要額外引入多孔載體，成本較高。

CN110404530A公開了一種多孔納米氧化錳催化劑，具體公開了將錳鹽與氨基酸混合溶解于溶劑中，然后升溫使之達到氨基酸的燃點并發生燃燒反應，反應完成后對產物進行洗滌，固液分離后得到所述多孔納米氧化錳催化劑。該技術方案制備得到的三氧化二錳應用于揮發性有機物的催化燃燒時，具有較高的比表面積、均勻的孔徑分布，催化活性高，穩定強，具有優異的抗水性等優點，然而該技術方案雖然沒有引入多孔載體，但還是引入了高溫反應條件。

綜上所述，現有技術缺乏一種反應條件溫和易達成，且無需額外制備多孔載體的錳基催化劑。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷，本發明提供了反應條件溫和的用于VOCs催化燃燒的催化劑制備方法，旨在提供一種反應活性高、成本低的VOCs催化燃燒用的催化劑。本發明的詳細技術方案如下所述。

一種過渡金屬原位摻雜的錳基催化劑的制備方法，

(1)將高錳酸鉀及過渡金屬硝酸鹽溶于水以獲得高錳酸鉀鹽溶液；

(2)向高錳酸鉀鹽溶液中加入醇，發生氧化還原反應，得反應液；

(3)將反應液過濾，取沉淀洗滌干燥后，即可獲得催化劑。

作為優選，所述醇為水溶性醇，所述醇的碳鏈長度為1-5，所述醇與所述高錳酸鉀的摩爾比不小于5:1。

作為優選，所述醇與所述高錳酸鉀的摩爾比為(5-10)：1。

作為優選，所述高錳酸鉀在反應體系中的摩爾濃度為0.01-0.1mol/L，優選的，所述高錳酸鉀的摩爾濃度0.01-0.015mol/L。

作為優選，所述硝酸鹽與所述高錳酸鉀的摩爾比為(1-10)：(80-100)。

作為優選，所述步驟(2)中反應是在攪拌的情況下進行，所述攪拌的時間為2-10h。