一种钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂的制备方法及应用与流程

本发明涉及一种钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂的制备方法及应用，属于大气污染控制技术领域。

背景技术：

氮氧化物(nox)已然成为我国环境问题的主要污染物之一，是诱发酸雨、雾霾、臭氧破坏的关键，其处理方法成为环境催化和大气控制领域中的研究热点。目前，应用最为广泛的氮氧化物脱除技术是氨气选择性催化还原(selectivecatalyticreduction，scr)，其中制备出高效稳定的催化剂的整个scr技术的关键。商业脱销催化剂主要为v2o5-wo3/tio2或者v2o5-moo3/tio2，此类催化剂在300～400℃表现出优异的性能，但不适用于低于300℃的环境条件下。因此，研制在低温环境下的新型高效的脱硝催化剂对nox的消除具有非常重要的意义。

此外，众所周知，催化剂不同晶面的暴露跟其形貌及尺寸有关，进而影响其催化性能。因此如何控制复合氧化物的形貌成为研究的热点。目前，一些具有特定形貌的复合氧化物已被制备，例如纳米片、纳米棒以及立方体，尚未有伞状锰铈复合氧化物的报导。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂的制备方法及应用，可以实现在低温环境下高效去除氮氧化物。

为解决上述技术问题，本发明提供一种钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将铈盐和锰盐按照摩尔比溶解于混合溶剂中，搅拌形成澄清溶液；

(2)将沉淀剂按照与铈盐的摩尔比添加到步骤(1)的溶液中，搅拌；

(3)将步骤(2)中的溶液转移到聚四氟乙烯水热釜中，进行水热反应；

(4)将水热后的样品离心，用水和乙醇各洗涤三次，在设定时间和设定温度下干燥；

(5)将水热后的样品离心、洗涤、干燥后，在空气氛围下，设定升温速率，在设定温度、设定时间下煅烧。

(6)将煅烧后的物质加入到偏钒酸铵与草酸的混合溶液中，常温下搅拌后，转移到烘箱中干燥。

(7)将干燥后的样品在空气氛围下，设定升温速率，在设定温度、设定时间下煅烧。

优选地，所述步骤(1)中的铈盐为铈的硝酸盐、铈的硫酸盐或铈的氯化盐中的一种，锰盐为锰的硝酸盐或锰的氯化盐中的一种，锰盐与铈盐的摩尔比为0：1～0.5：1，混合溶剂为体积比为2：1～4：1的去离子水与乙醇混合溶液。

优选地，所述步骤(2)中的沉淀剂为碳酸氢铵，碳酸氢铵与铈盐的摩尔比为10：1～15:1，搅拌时间为20～40min。

优选地，所述步骤(4)中水热反应的温度为100～140℃，时间为12～48h。

优选地，所述步骤(5)中干燥温度为60～100℃，干燥时间为24～48h，煅烧温度为400～650℃，煅烧时间为2～6h，升温速率为1～5℃/min。

优选地，所述步骤(6)中偏钒酸铵与草酸的混合溶液为草酸的添加量为1.8008g、偏钒酸铵溶液溶度为0.1～0.3mol/l，搅拌时间为2～3小时，烘干温度为100～140℃，时间为24～48h。

优选地，所述步骤(7)中升温速率为1～5℃/min，设定温度为450～650℃，设定时间为2～6h。

同时，本发明还提供了一种钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂在去除氮氧化物中的应用。

优选地，所述去除氮氧化物的反应温度为50～350℃。

本发明所达到的有益效果：

(1)本发明的钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂的制备以锰铈金属盐在沉淀剂的作用下，通过水热法制备出伞状锰铈前驱体；并通过浸渍法将钒酸盐掺杂伞状锰铈复合载体上，从而制备得到钒锰铈复合氧化物催化剂；在无模板的条件下，实现了对锰铈前驱体的形貌控制。

(2)本发明的钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂利用钒锰铈金属之间的协同作用促进了反应物分子的活化与吸附，使其在150～300℃的低温范围内表现出良好的性能，实现氮氧化物的净转化率达到70％以上。

(3)同时，制备钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂的原料成本低、制备工艺简单、催化活性高。

附图说明

图1是本发明的钒掺杂伞状锰铈复合氧化物1v/0.25mnce催化剂的扫描电镜图；

图2是本发明的钒掺杂伞状锰铈复合氧化物1v/0.25mnce催化剂的xrd图；

图3是本发明的不同温度下钒掺杂伞状锰铈复合氧化物对氮氧化物的净转化率曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂记为xv/amnce，x为钒的负载量，a为锰盐与铈盐的摩尔比。

实施例1

1v/0.25mnce钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂的制备

首先分别将4mmolce(no3)3·6h2o和1mmolmncl2·4h2o溶解于50ml去离子水和25ml乙醇混合溶剂中，搅拌形成澄清溶液后，再将90mmolnh4hco3加入到上述溶液中，继续搅拌20min，转移到聚四氟乙烯水热釜中，100℃条件下加热12小时；将水热后的样品离心，用水和乙醇各洗涤三次，80℃下干燥24小时，之后在马弗炉550℃空气氛围下煅烧4h,，从而得到锰铈复合氧化物。

称取2g的锰铈复合氧化物加入2.221ml、0.1mol/l偏钒酸铵溶液及1.8008g的草酸混合溶液中，在常温下搅拌2小时后，转移到烘箱中，100℃条件下干燥24小时。将得到的样品在400℃空气氛围下4小时，升温速率为3℃/min，制备所述的钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂。

如图1所示，从扫描电镜图中可以显示1v/0.25mnce催化剂呈现伞状结构。

如图2所示，图中并未出现钒氧化物的衍射峰，说明钒均匀地分散在所制备的催化剂中。

实施例2

4v/0.25mnce钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂的制备

首先分别将4mmolce(no3)3·6h2o和1mmolmncl2·4h2o溶解于55ml去离子水和20ml乙醇混合溶剂中，搅拌形成澄清溶液后，再将90mmolnh4hco3加入到上述溶液中，继续搅拌30min，转移到聚四氟乙烯水热釜中，120℃条件下加热24小时；将水热后的样品离心，用水和乙醇各洗涤三次，60℃下干燥36小时，之后在马弗炉550℃空气氛围下煅烧2h,，从而得到锰铈复合氧化物。

称取2g的锰铈复合氧化物加入4.442ml、0.2mol/l偏钒酸铵溶液及1.8008g草酸混合溶液中，在常温下搅拌2小时后，转移到烘箱中，100℃条件下干燥24小时。将得到的样品在500℃空气氛围下2小时，升温速率为1℃/min，制备所述的钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂。

实施例3

1v/0.5mnce钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂的制备

首先分别将4mmolce(no3)3·6h2o和2mmolmncl2·4h2o溶解于60ml去离子水和15ml乙醇混合溶剂中，搅拌形成澄清溶液后，再将90mmolnh4hco3加入到上述溶液中，继续搅拌40min，转移到聚四氟乙烯水热釜中，140℃条件下加热48小时；将水热后的样品离心，用水和乙醇各洗涤三次，100℃下干燥48小时，之后在马弗炉650℃空气氛围下煅烧6h,，从而得到锰铈复合氧化物。

称取2g的锰铈复合氧化物加入2.221ml、0.1mol/l偏钒酸铵溶液及1.8008g草酸的混合溶液中，在常温下搅拌3小时后，转移到烘箱中，120℃条件下干燥36小时。将得到的样品在650℃空气氛围下6小时，升温速率为5℃/min，制备所述的钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂。

实施例4

3v/ce钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂的制备

首先分别将4mmolce(no3)3·6h2o和90mmolnh4hco3溶解于50ml去离子水和25ml乙醇混合溶剂中，转移到聚四氟乙烯水热釜中，100℃条件下加热12小时；将水热后的样品离心，用水和乙醇各洗涤三次，80℃下干燥24小时，之后在马弗炉550℃空气氛围下煅烧4h,，从而得到铈复合氧化物。

称取2g的铈复合氧化物加入2.221ml、0.3mol/l偏钒酸铵溶液及1.8008g草酸的混合溶液中，在常温下搅拌2小时后，转移到烘箱中，100℃条件下干燥24小时。将得到的样品在400℃空气氛围下4小时，升温速率为2℃/min，制备所述的钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂。

应用实施例

钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂在去除氮氧化物中的应用步骤为：取0.12g钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂置于连续流动的固定床反应器中，反应气的组成按质量百分数计，包括0.05％no、0.05％nh3、5％o2，用n2做平衡气，反应气的流速为300ml/min，空速为159000h^-1，如图3所示，分别在50℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃的反应温度下，测试催化剂在不同温度下对应的氮氧化物nox转化率，如图3所示，发现4种钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂在150～300℃的低温范围内均表现出良好的性能，实现氮氧化物的净转化率达到70％以上。

本发明的钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂的制备以锰铈金属盐在沉淀剂的作用下，通过水热法制备出伞状锰铈前驱体；并通过浸渍法将钒酸盐掺杂伞状锰铈复合载体上，从而制备得到钒锰铈复合氧化物催化剂；在无模板的条件下，实现了对锰铈前驱体的形貌控制。本发明的钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂利用钒锰铈金属之间的协同作用促进了反应物分子的活化与吸附，使其在150～300℃的低温范围内表现出良好的性能，实现氮氧化物的净转化率达到70％以上。同时，制备钒掺杂伞状锰铈复合氧化物催化剂的原料成本低、制备工艺简单、催化活性高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。