一种高效催化甲烷的碳纳米管－氧化锰复合材料及其制备方法与流程

本发明属于催化剂载体领域，特别涉及一种高效催化甲烷的碳纳米管－氧化锰复合材料及其制备方法。

背景技术：

在催化领域中，甲烷催化燃烧技术由于可使得甲烷与氧气在较低温度下发生反应生成co2、h2o并放出能量，在能提高利用效率的同时，也解决了甲烷以传统方式燃烧时的环境污染问题，因此成为了一种有效的挥发性有机物消除技术。

实现催化燃烧的关键在于催化剂材料的选择，对于甲烷催化燃烧而言，对催化剂的一般要求为：在一定的燃料/空气比下应具有尽可能低的起燃温度；在最低预热温度与最大传质条件下仍能保持完全燃烧；催化剂载体具有较大比表面、低阻力和耐热性能；具有优良的活性热稳定性。

碳纳米管(cnts)由于具有优异的电学性能及力学性能已经被广泛的应用在场发射、能源电池等领域，其同时由于具有较大的比表面积、优良的电子传导能力、对反应物和产物特异的吸附和脱附性能、特殊的孔腔间立体选择性、高效的反应活性、碳与金属催化剂之间的相互作用等性质，成为了一种性能优异的催化剂载体材料。

通常，当过渡金属或其氧化物作为活性组分负载在高比表面的载体上制成催化剂时，甲烷催化燃烧的起燃温度和完全转化温度都明显低于它们的燃点，且当过渡金属离子的外层轨道具有易变价倾向时，便能够在较低温度下吸附氧，利用其制成的催化剂的催化活性会明显提高。氧化锰是一种深度氧化的催化剂，由于［mno6］八面体中存在mn²⁺、mn³⁺和mn⁴⁺多种价态的锰，且易相互转化，从而使得氧化锰具有很强的催化活性。因此研究一种用碳纳米管为载体复合氧化锰的新型高效催化甲烷的复合材料，显得尤为必要。

技术实现要素：

为了进一步降低甲烷完全燃烧的温度，提高甲烷燃烧催化效率，本发明目的在于提供一种高效催化甲烷的碳纳米管－氧化锰复合材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种高效催化甲烷的碳纳米管－氧化锰复合材料，以纳米级碳纳米管为载体，碳纳米管的核表面键合有氧化锰。

一种高效催化甲烷的碳纳米管－氧化锰复合材料的制备方法，包括以下步骤：

s1、制备纳米级碳纳米管粉体；

s2、通过浸渍法使碳纳米管与氧化锰复合：

s2.1、将一定质量的s1所得纳米级碳纳米管分散在一定浓度的mn(no3)2溶液中，并置于水浴100℃环境中，恒温保持至少1h；

s2.2、将s2.1在室温环境中静置，稳定后取其上清液，并将其静置过夜，再将其置于60~100℃环境中烘干6h，即得碳纳米管－氧化锰复合材料。

进一步，s2中，按质量比计，碳纳米管和mn(no3)2溶液（ar,wt=50%）的用量配比在1：5.5~54。

有益效果是：

1、本发明高效催化甲烷的碳纳米管－氧化锰复合材料粒径小，分散度高，能够大大降低甲烷完全燃烧的温度，降低了甲烷以传统方式燃烧时的环境污染程度，提高了利用效率。

2、本发明的高效催化甲烷的碳纳米管－氧化锰复合材料，每一个碳纳米管为一个催化载体，数量众多的球状氧化锰小颗粒物质通过浸渍法均匀的负载在碳纳米管的表面和空隙中，既保持了催化剂表面具有较多的活性中心数，又保证了锰组分不易烧结而失去活性。

3、本发明中先制备出碳纳米管，然后通过浸渍法将其与氧化锰颗粒复合制备出催化剂前体，在高温中烘干一段时间后获得催化剂材料，将其进行甲烷燃烧催化降解测定实验。本发明的制备方法，步骤简单，易操作，制备条件温和、易控制，效率高。

附图说明

图1是实施例1中所制备的一种高效催化甲烷的碳纳米管－氧化锰复合材料的sem图；

图2是实施例2中所制备的一种高效催化甲烷的碳纳米管－氧化锰复合材料的sem图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。

一种高效催化甲烷的碳纳米管－氧化锰复合材料，以纳米级碳纳米管为载体，碳纳米管的核表面键合有氧化锰。

实施例1

一种高效催化甲烷的碳纳米管－氧化锰复合材料，包括以下步骤：

s1、制备纳米级碳纳米管粉体；

s2、通过浸渍法使碳纳米管与氧化锰复合：

s2.1、将一定质量的s1所得纳米级碳纳米管分散在一定浓度的mn(no3)2溶液中，碳纳米管和mn(no3)2溶液（ar,wt=50%）的用量配比在1：42，将上述体系置于水浴100℃环境中，恒温保持至少1h；

s2.2、将上述体系在室温环境中静置，稳定后取其上清液，并将其静置过夜，再将其置于60~100℃环境中烘干至少6h，即得碳纳米管－氧化锰复合材料。

实施例2

一种高效催化甲烷的碳纳米管－氧化锰复合材料，包括以下步骤：

s1、制备纳米级碳纳米管粉体；

s2、通过浸渍法使碳纳米管与氧化锰复合：

s2.1、将一定质量的s1所得纳米级碳纳米管分散在一定浓度的mn(no3)2溶液中，碳纳米管和mn(no3)2溶液（ar,wt=50%）的用量配比在1：54，将上述体系置于水浴100℃环境中，恒温保持至少1h；

s2.2、将上述体系在室温环境中静置，稳定后取其上清液，并将其静置过夜，再将其置于60~100℃环境中烘干至少6h，即得碳纳米管－氧化锰复合材料。

本发明的图1是本发明高效催化甲烷的碳纳米管－氧化锰复合材料的制备机理图。每一个碳纳米管为一个催化载体，数量众多的球状氧化锰小颗粒物质通过浸渍法均匀的负载在碳纳米管的表面和空隙中，既保持了催化剂表面具有较多的活性中心数，又保证了锰组分不易烧结而失去活性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种高效催化甲烷的碳纳米管－氧化锰复合材料及其制备方法，属于新能源领域，专注于解决低浓度甲烷气体利用问题，开发了催化氧化催化剂体系。首先，采用浸渍法制备碳纳米管－氧化锰复合材料；然后，再将该种复合材料进行甲烷燃烧催化降解测定实验。与当前所有材料相比，本发明高效催化甲烷的碳纳米管－氧化锰复合材料粒径小，分散度高，能够大大降低甲烷完全燃烧的温度，降低了甲烷以传统方式燃烧时的环境污染程度，提高了利用效率。本发明的制备方法，步骤简单，易操作，制备条件温和、易控制，效率高。

技术研发人员：王海旺;马知雨;卞嘉莉;徐宏宇;邓圆;李雯哲;魏新芳
受保护的技术使用者：东北大学秦皇岛分校
技术研发日：2018.09.28
技术公布日：2019.01.15