[發明專利]（001）晶面取向的錳基莫來石催化劑制備與應用

有效

• 申請號: 202110515607.3
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113231057B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 吳曉東;李文玲;冉銳;翁端
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 吳愛琴

本發明提供一種(001)晶面取向的錳基莫來石催化劑制備與應用，即在水熱合成法的基礎上利用微波輻照，制備出(001)晶面優勢暴露的錳基莫來石氧化催化劑。本工藝發明操作流程簡單、制備周期短，能耗低，得到的錳基莫來石催化劑(001)晶面暴露比例顯著增加，大幅提升了其對碳氫的低溫氧化能力，可以有效去除移動源和固定源廢氣中的碳氫化合物，應用前景良好。

技術領域

本發明屬于氧化催化劑材料及制備技術領域，特別涉及一種(001) 晶面取向的錳基莫來石催化劑制備與應用，制得的催化劑主要適用于移動源或固定源排放的廢氣中催化氧化脫除碳氫化合物(HCs)。

背景技術

我國經濟迅速發展的同時也給環境治理造成了重大壓力。煤、石油、天然氣的大量開采和使用以及柴油機的大范圍應用，使得固定源煙氣和移動源尾氣中的碳氫化合物(HCs)的排放量日益增加，而HCs中含有多種不同的烷烴、烯烴和芳香烴，在進入大氣后會形成氣溶膠，引發光化學煙霧和霧霾，造成嚴重的環境污染并威脅到人類健康。在多種廢氣處理技術中，催化燃燒(氧化)法具有適用范圍廣、能耗低、效率高、無二次污染等優點，已成為當前重要的廢氣凈化技術和發展方向。當前市場上仍然以貴金屬(Pt、Pd等)催化劑作為廢氣凈化領域的主導，然而貴金屬資源有限，價格昂貴，不利于國家的可持續發展戰略實施。迫切需要開發一種高性能、低成本的氧化催化劑，對于解決當前碳氫排放控制有重要意義。近年來，錳基莫來石催化劑因其氧化還原活性好、水熱穩定性高、原料豐富便宜，特別是在機動車尾氣凈化領域表現出巨大應用價值。目前，錳基莫來石的制備仍以傳統的共沉淀法、溶膠凝膠法、水熱法為主。例如，根據專利CN103801288B和CN104624184B的報道，首先需將前驅體溶液制備出凝膠或沉淀物，再經500-800℃煅燒5-10h得到錳基莫來石型復合氧化物。此工藝步驟繁瑣、耗時長、能耗高等缺點，且高溫煅燒過程會破壞催化劑的表面結構。專利CN108355647A公開了一種水熱合成法來制備錳基莫來石氧化物，然而，該傳統方法反應時間長(優選12-48h)，是主要耗能工序。Ma等(Chemical Engineering Journal,2018,354,191-196) 基于傳統水熱法對錳基莫來石的形貌進行了調控，但得到的錳基莫來石催化劑自身仍存在反應活性晶面暴露率低的問題。傳統水熱合成時溫度傳遞由外至內，加熱不均勻，大部分能量會被器壁吸收，能量耗損大，反應速率慢。利用微波水熱技術制備(001)活性晶面取向的錳基莫來石至今未見報道，僅見關于不同晶面氧化學行為的理論研究，如Chen等(ACS Catalysis,2015,5,4913-4926)通過理論計算，證明(001)等特定晶面暴露的錳基莫來石材料能夠有利于一氧化氮的催化氧化反應。

發明內容

針對現有錳基莫來石催化劑的特定晶面暴露比例低、催化劑制備周期長、能耗高等問題，本發明的目的在于提供(001)晶面取向的錳基莫來石及其微波水熱合成方法，所制備的(001)晶面取向的錳基莫來石催化劑的丙烷催化活性顯著高于傳統水熱法得到的催化劑，適用于移動源或固定源廢氣中碳氫化合物的催化氧化脫除。

本發明所提供的(001)晶面取向的錳基莫來石，其分子式為LnMn₂O₅，其中Ln為Sm、La、Ce、Pr、Nd、Gd和Y中的一種或多種的組合，具體可為Sm或Y；