[發明專利]等離子體處理金屬有機框架制備高效金屬氧化物催化劑的方法

有效

• 申請號: 202210651096.2
• 申請日: 2022-06-10
• 公開（公告）號: CN114832824B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發明（設計）人: 劉璐;邵廣才;鄭亞麗;糜建立
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;B01J23/83;B01J37/08;B01J37/34;B01J35/10;B01D53/72;B01D53/44;B01D53/86
• 代理公司: 南京智造力知識產權代理有限公司 32382
• 代理人: 石曉花

本發明屬于污染物控制技術領域，公開了等離子體處理金屬有機框架制備高效金屬氧化物催化劑的方法。步驟為：將有機配體苯并咪唑、硝酸鈷或者硝酸鈷和硝酸鈰的混合物，溶解在無水乙醇當中，得乙醇溶液；將聚乙烯吡咯烷酮PVP和氫氧化鈉并溶解在去離子水中，得水溶液；水溶液倒入乙醇溶液當中，攪拌得到混合溶液；常溫下攪拌，然后離心、收集沉淀，洗滌，烘干并研磨，將所得樣品進行等離子體處理，得到金屬氧化物催化劑Co₃O₄或者Co_aCe_bO_x，其中，a+b＝1，4/3＜x＜2。制備的催化劑具有金屬有機框架的相似結構，用于催化氧化揮發性有機化合物，其催化活性比煅燒方法制備的催化劑的催化活性更好，具有較好的高溫穩定性。

技術領域

本發明屬于污染物控制技術領域，涉及催化劑的制備方法，尤其涉及到一種以金屬有機框架為前驅體，利用等離子體處理金屬有機框架制備高效金屬氧化物催化劑的方法。

背景技術

隨著全球工業的快速發展，揮發性有機物(VOCs)的排放也迅速增加。VOCs具有光化學活性，是形成PM_2.5和光化學煙霧的重要前驅體。此外，大多數VOCs具有很強的毒性，人體直接接觸后會刺激人的眼、鼻、口、皮膚和呼吸系統等，輕則引起咳嗽、過敏等。重則使人中毒甚至使人體細胞發生癌變。因此，VOCs是一種亟需解決的空氣污染物。

目前對于VOCs的降解還主要是采用催化降解法。催化降解法采用的催化劑主要有貴金屬催化劑和過渡金屬氧化物催化劑。其中貴金屬催化劑由于價格昂貴而限制了其大規模應用，而過渡金屬氧化物催化劑由于其價格低廉、抗中毒性能好而受到廣泛關注。過渡金屬氧化物催化劑的傳統制備方法是采用高溫煅燒法。但是高溫煅燒法由于煅燒過程溫度過高容易導致催化劑高溫燒結，降低了催化劑的比表面積，從而影響其催化活性。同時，溫度高還意味著能耗大。

發明內容

基于此，本發明提供了一種以金屬有機框架為前驅體，利用等離子體處理金屬有機框架制備高效金屬氧化物催化劑的方法。金屬有機框架是一種具有大比表面積的多孔性材料，低溫等離子體具有高反應活性，利用低溫等離子體在常溫下分解金屬有機框架中的有機物和硝酸鹽，其制備的催化劑具有金屬有機框架的相似結構，其催化活性比煅燒方法制備的催化劑的催化活性更好。

一種以金屬有機框架為前驅體，利用等離子體處理金屬有機框架制備高效金屬氧化物催化劑的方法，利用具有高反應活性的低溫等離子體在常溫下分解金屬有機框架中的有機物和硝酸鹽，制備得到具有金屬有機框架相似結構、活性組分為Co₃O₄或Co_aCe_bO_x(a+b＝1，4/3＜x＜2)的金屬氧化物催化劑，包括下述步驟：

(1)稱取適量的有機配體苯并咪唑、硝酸鈷或者硝酸鈷和硝酸鈰的混合物，將其溶解在無水乙醇當中，得到乙醇溶液；

(2)稱取適量的聚乙烯吡咯烷酮PVP和氫氧化鈉并溶解在去離子水中，得到水溶液；

(3)將步驟(2)得到的水溶液倒入步驟(1)得到的乙醇溶液當中，攪拌得到混合溶液；

(4)將步驟(3)所得混合溶液在常溫下攪拌，然后離心、收集沉淀，再用去離子水和無水乙醇洗滌；將所得沉淀烘干并研磨，待用；

(5)將步驟(4)所得樣品進行等離子體處理，得到金屬氧化物催化劑Co₃O₄或者CoaCebOx，其中，a+b＝1，4/3＜x＜2。

步驟(1)中，乙醇溶液中總的金屬離子的濃度為0.053mol/L，苯并咪唑和總的金屬離子的摩爾比為2:1。

步驟(1)中，當原料采用硝酸鈷和硝酸鈰的混合物時，硝酸鈷與硝酸鈰的摩爾比為6:4～9:1。