纳米锰基催化剂其制备方法、其应用及其相应的应用方法与流程

文档序号：19784796发布日期：2020-01-24 13:25阅读：425来源：国知局

本发明属于催化剂制备领域，尤其是一种纳米锰基催化剂其制备方法、其应用及其相应的应用方法。

背景技术：

vocs（有机挥发气体）是主要的大气污染物之一，随着工业的发展其排放量不断增加，严重危害着环境及人类健康。vocs对人体的危害主要有两个方面：一方面是vocs中的有害物质直接危害人们的身体健康，另一方面是vocs会发生光化学反应生成pm2.5前体物，间接地影响人体健康。因此vocs的有效处理问题是人们关注的焦点。

目前，vocs的处理方式可大抵分为两类：回收和消除。回收技术主要有吸收技术、吸附技术和膜分离技术。消除技术主要有光催化技术、直接焚烧、生物降解技术、低温等离子处理技术。相对于以上诸多方法，催化燃烧法降解vocs具有反应温度低，热利用率高，无二次污染，节能环保的优势受到了更多的关注，适用于处理有机化工、涂料、造漆、印刷等行业排放的中低浓度、多成分、无回收价值的vocs。

催化燃烧法处理vocs的核心问题是催化剂的设计制备，因此制备低成本、高活性、长寿命的vocs催化剂是亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术所存在的上述问题，本发明是要提供一种纳米锰基催化剂，以期用于vocs催化燃烧，本发明的纳米锰基催化剂在vocs的催化燃烧中并具有良好活性、高温耐受性以及高催化寿命；

本发明的另一个目的，是要提供上述纳米锰基催化剂的制备方法；

本发明的第三个目的，是要提供上述纳米锰基催化剂的应用；

本发明的第四个目的，是要提供上述纳米锰基催化剂相应的应用方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种纳米锰基催化剂，它的成分为：axmnyoz/sio2，其中，a是k、fe、co、ni、cu、zn、ce、zr、bi、sr、mg和la元素中的至少一种；x是a元素的原子比，x∈[0,2]；y为mn元素的原子比，y∈[1,3]；z为氧元素的原子比，其为平衡a和mn元素的氧原子数量。

作为限定，所述纳米锰基催化剂在原位合成的过程中包裹在原位合成的多孔载体中，所述多孔载体是多孔氧化硅、蒙脱土和硅藻土中的至少一种。

本发明还提供了前述纳米锰基催化剂的一种制备方法，该制备方法按照如下步骤顺序进行：

（1）将正硅酸四乙酯或硅酸钠、含a元素的化合物和高锰酸钾分别溶于水中，均质分散，得溶液b；

然后滴入盐酸，将溶液b调为酸性；搅拌缓慢滴入糖类化合物溶液，滴加完毕后，陈化，直至出现胶状固体；

（2）将胶状固体烘干，焙烧，制得所述一种纳米锰基催化剂。

作为限定，所述正硅酸四乙酯或硅酸钠、含a元素的化合物、高锰酸钾和糖类化合物的摩尔比为0.25～2：0～0.2：1：0.05～0.4，所述含a元素的化合物包括a元素的硝酸盐、碳酸盐、乙酸盐、酸式碳酸盐、氯盐和氧化物。

作为第二种限定，所述滴加的盐酸浓度为5～37wt%，调节溶液b的ph为3～6。

作为第三种限定，所述步骤（1）中加入的糖类化合物是葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖、半乳糖、鼠李糖和糖蜜中的至少一种，糖类化合物溶液的浓度为5～20wt%，陈化时间为1～48h。

作为第四种限定，所述烘干的烘干温度为60～100℃；焙烧是在空气气氛中进行，焙烧温度为250～550℃，焙烧时间为2～24h。

另一方面，本发明还提供了所述纳米锰基催化剂的一种应用，所述纳米锰基催化剂用于vocs催化燃烧。

作为限定，所述vocs化合物是烃类、醇类、醛类、羧酸类、酯类、卤代烃类、醚类化合物的至少一种。

再一方面，本发明还提供了所述纳米锰基催化剂的应用及其相应的应用方法，所述纳米锰基催化剂过20-40目筛，装入固定床反应器中，将含有vocs的气流通过固定床反应器，在空速为20000~80000h^-1，温度为100~400℃常压进行反应，将vocs完全氧化为co2和h2o。

本发明由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

（1）本发明的纳米锰基催化剂在原位合成的过程中包裹在原位合成的多孔氧化硅中纳米锰基催化剂，在催化vocs催化燃烧过程中不会因高温而导致晶粒长大，从而使催化活性保持不变；

（2）本发明制备的纳米锰基催化剂制备低成本，应用于vocs催化燃烧过程，不会因高温而导致晶粒发生团聚，在vocs的催化氧化中具有良好的活性、高温耐受性以及催化寿命；

（3）本发明在制备催化剂的过程中加入含有k、fe、co、ni、cu、zn、ce、zr和la元素金属化合物后，提高了催化剂的活性，延长了锰基催化剂的催化寿命并且提高了催化剂的稳定性；

（4）本发明在制备催化剂具有的良好的高温耐受性和催化剂寿命，延长了催化剂的使用时间，从而降低催化剂的使用成本，有利于本发明在制备的催化剂的工业化应用；

（5）该本发明在制备的催化剂不含有贵金属成分，为非贵金属mn基催化剂，较贵金属类催化剂而言，催化剂成本大幅度降低，经济适用性更强。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的催化剂的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例1一种纳米锰基催化剂

一种纳米锰基催化剂，纳米锰基催化剂的成分为：axmnyoz/sio2，其中，a是k、fe、co、ni、cu、zn、ce、zr、bi、sr、mg和la元素中的至少一种；x是a元素的原子比，x∈[0,2]；y为mn元素的原子比，y∈[1,3]；z为氧元素的原子比，其为平衡a和mn元素的氧原子数量。

其中，纳米锰基催化剂的成分可以为kxmnyoz/sio2，fexmnyoz/sio2，coxmnyoz/sio2，nixmnyoz/sio2，cuxmnyoz/sio2，znxmnyoz/sio2，cexmnyoz/sio2，zrxmnyoz/sio2，bixmnyoz/sio2，srxmnyoz/sio2，mgxmnyoz/sio2，laxmnyoz/sio2；

cumconmnyoz/sio2，srmconmnyoz/sio2，mgmconmnyoz/sio2；larcumconmnyoz/sio2，larcemconmnyoz/sio2，larmgmconmnyoz/sio2，larzrmconmnyoz/sio2，larkmconmnyoz/sio2，larbimconmnyoz/sio2等等，纳米锰基催化剂的成分中a可以是k、fe、co、ni、cu、zn、ce、zr、bi、sr、mg和la元素中1-12种的任意组合。

其中，axmnyoz/sio2表示axmnyoz负载在sio2载体上；纳米锰基催化剂在原位合成的过程中包裹在原位合成的多孔载体中，多孔载体选自多孔氧化硅、蒙脱土和硅藻土中的至少一种。

实施例2一种纳米锰基催化剂的应用及其相应的应用方法

实施例1的纳米锰基催化剂用于vocs催化燃烧，本实施例中vocs以甲苯为例，实施例1的纳米锰基催化剂用于催化燃烧vocs的应用方法为：

筛取20-40目间的催化剂颗粒，将0.5ml催化剂装入直径为8mm，长度为450mm的不锈钢钢管的固定床反应器中，将含有750ppm的vocs（甲苯）气流通过该反应器，空速为18000h^-1，在200℃下常压进行燃烧，vocs被完全氧化为co2和h2o。其中，纳米锰基催化剂作为催化剂不参与反应，提高vocs的反应率。

实施例3一种纳米锰基催化剂的制备方法

将20g硅酸钠和7g高锰酸钾先后加入90ml水中超声溶解，滴入3mol/l的盐酸溶液进行搅拌，使混合溶液ph=5，将1.5g葡萄糖溶解于10ml水中，并在不断搅拌下将葡萄糖溶液加入该混合液中，陈化12小时得到胶状固体，将所得胶状固体在80℃时烘干6h后，然后在空气气氛500℃下焙烧5h即得所需催化剂mno/sio2。

如图1，是本实施例1制得的锰基催化剂的扫描电子显微镜图。由图中可以看出氧化锰成功的负载在sio2载体上。