一种催化燃烧用稀土基有序介孔整体式催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种催化燃烧用稀土基有序介孔整体式催化剂及其制备方法。所述的催化剂以锰和稀土元素Ln的复合金属氧化物LnMnO

Rare earth based ordered mesoporous monolithic catalyst for catalytic combustion and preparation method thereof

The invention discloses a rare earth based ordered mesoporous monolithic catalyst for catalytic combustion and a preparation method thereof. The catalyst is a composite metal oxide Ln of manganese and rare earth elements LnMnO

【技术实现步骤摘要】
一种催化燃烧用稀土基有序介孔整体式催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种有机废气催化燃烧用催化剂及其制备方法，尤其涉及一种用于工业有机废气催化燃烧的稀土基有序介孔结构整体式催化剂及其制备方法，属于环境保护

技术介绍
有机废气主要来自石油化工、煤炭开采等行业的生产过程以及汽车排放的尾气，包含脂肪烃、芳香烃、烷烃等组分。多数有机废气易燃易爆，其大量排放对生态环境会产生严重的影响，同时还对人体健康有害，对人的眼睛、鼻子、中枢神经等有刺激作用。处理有机废气的方法有很多种，总体来说可分为两大类：回收技术和降解技术。第一类是可以回收有机废气的物理方法，主要有吸附法、吸收法、冷凝法、膜分离法等，其应用的场合是回收高浓度的有机废气(大于5000mg/m3)；第二类是通过化学反应、生物降解等方法将有机废气氧化降解为无毒或低毒物质，主要有生物降解法、燃烧法(包括直接燃烧法、热力燃烧法和催化燃烧法)、脉冲电晕法、等离子体净化法等，其中催化燃烧法是将有机废气进行催化氧化反应，通过催化剂使废气中的有机物在较低的温度下发生催化反应，并完全分解为二氧化碳和水，具有能源消耗低、适用范围广、处理效率高以及无二次污染等优点。目前工业化催化燃烧催化剂主要集中在贵金属催化剂上，一般用于催化燃烧的贵金属催化剂有Pt、Rh、Pd、Ir等。但贵金属催化剂存在价格昂贵、资源有限、抗毒性能差等缺点，所以近年来人们逐渐把目光转移到非贵金属催化剂的开发中。稀土是我国最丰富的战略资源，稀土元素在催化、光电等领域应用非常广泛，将其制备成复合金属氧化物的研究日益增多，而复合金属氧化物催化剂本身存在多种晶相、微观结构、相互协同作用等多方面因素，具有较好的催化活性。YunfeiSu等(CatalSurvAsia，(2015)19：68-77)采用共沉淀法制备出了CeO2负载过渡金属的复合氧化物，考察它们对CO的催化活性。结果表明CeO2负载过渡金属复合氧化物对CO的催化燃烧性能显著优于单组分Ce氧化物催化剂，CO转化率大于99％；MaríadelRosarioSunKou等(MaterialsResearchBulletin，70，(2015)621-632)研究了以Ce-Mn复合氧化物为基底，利用共沉淀法制备催化剂前驱体，负载Co元素并研究对烷烃的催化剂燃烧性能，结果表明复合催化剂的性能明显超越单组份氧化物的催化剂。目前使用的催化燃烧催化剂多为负载型整体式催化剂，将催化剂活性组分负载在合适的载体上可以提高活性组分的分散度，增强催化剂的热稳定性。整体式催化剂一般由结构化第一载体(又称支撑体)、大比表面积的活性涂层(第二载体)和催化活性组分组成。尤其对于陶瓷基整体式催化剂在应用的过程中，使用第二载体作为粘结剂以及涂层，虽然可以提升活性组分的涂覆强度以及催化剂的稳定性，但是对于活性组分的催化性能却影响很大，催化剂的比表面积一般为42.23～51.95m2/g，并且无明显孔道结构，限制了孔径与结构之间的构效关系，并且对于第二载体的选择以及制备工艺十分复杂，影响催化剂的稳定性和使用寿命，工业上尚难以应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前催化燃烧用复合金属氧化物催化剂表面结构上的缺陷，以及结构强度较低、工业应用较难等问题，提出一种催化燃烧用稀土基有序介孔整体式催化剂；所述的催化剂对稀土元素复合金属氧化物进行三维介孔改造，具有比表面积大，机械强度高，催化活性高等优点。本专利技术的另一目的还在于提供一种所述催化剂的制备方法。为实现本专利技术目的，采用的技术方案为：一种催化燃烧用稀土基有序介孔整体式催化剂，其特征在于，所述的催化剂以锰和稀土元素Ln的复合金属氧化物LnMnOγ为活性组分，以蜂窝陶瓷为载体，载体表面的LnMnOγ具有有序介孔结构；所述的Ln选自镧、铈、镨或铕，稀土元素Ln与金属Mn的摩尔比为0.1～1∶1。所述的稀土基有序介孔整体式催化剂载体表面的活性组分LnMnOγ具有规整的介孔结构，孔径2.9～5nm，具有较大的比表面积，约为150～170m2/g。所述的稀土基有序介孔整体式催化剂中，以蜂窝陶瓷体积计，活性组分LnMnOγ的负载量为160～200g/L。本专利技术还涉及所述催化剂的制备方法，即一种催化燃烧用稀土基有序介孔整体式催化剂的制备方法，包括如下步骤：1)配制可溶性金属锰盐和稀土元素盐的混合溶液；2)将模板剂介孔分子筛加入到步骤1)的混合溶液中，搅拌条件下浸渍，干燥、焙烧后制得催化剂前驱体；3)将催化剂前驱体放入碱溶液中，经超声浸渍去除模板剂，抽滤、干燥制得稀土基介孔结构催化剂粉末；4)将步骤3)制得的催化剂粉末制成涂覆浆液，载体蜂窝陶瓷浸入涂覆浆液中浸渍后干燥，直至达到所需涂覆量后焙烧，制得所述的LnMnOγ/蜂窝陶瓷整体式催化剂。优选地，上述步骤1)中，所述的锰盐是锰的硝酸盐、硫酸盐、氯化盐、醋酸盐中的一种，稀土元素盐溶液为镧、铈、镨、铕的硝酸盐溶液、硫酸盐溶液中的一种；混合溶液中稀土元素Ln与金属Mn的摩尔比为0.1～1∶1；优选地，上述步骤2)中，所述的介孔分子筛模板剂为SBA-16、KIT-6中的一种，介孔分子筛加入量与混合盐溶液质量比为1.5～3∶1；优选地，上述步骤2)中，所述的浸渍时间为3～6h，干燥温度为90～120℃，干燥时间为8～14h，焙烧温度为400～600℃，焙烧时间3～6h；优选地，上述步骤3)中，碱溶液为NaOH和KOH中的一种，浓度为1～4mol/L，碱溶液与催化剂前驱体质量比为2～4∶1；超声浸渍时间为1～3h，干燥温度为90～120℃，干燥时间为6～10h；优选地，上述步骤4)中，涂覆浆液是将催化剂粉末加入去离子水球磨后制成，涂覆浆液的固含量为15～30％wt；活性组分LnMnOγ(Ln为稀土元素)涂覆量为160～200g/L(以蜂窝陶瓷体积为基准)；上述步骤4)中，所述浸渍时间为25～50min，干燥温度为100～130℃，干燥时间为0.5～2h，焙烧温度为300～500℃，焙烧时间为2～5h。本专利技术以介孔分子筛为硬模板剂，以锰和稀土元素的可溶性盐为原料，首先制备出具有介孔结构的催化剂粉末LnMnOγ(Ln为稀土元素)，再通过蜂窝陶瓷浸渍制得LnMnOγ/蜂窝陶瓷整体式催化剂(Ln为稀土元素)。所述的催化剂表面的活性给分LnMnOγ具有规整的有序介孔结构，孔道结构优异，具有比表面积大，约为150～170m2/g，催化活性高的优点；以蜂窝陶瓷为载体制成的整体式催化剂，机械强度高，活性组分不易脱落。所述的整体式催化剂的制备工艺简单，同时使催化剂性能得到提升。对本专利技术的稀土基有序介孔整体式催化剂在载有蜂窝陶瓷体托台的连续流动固定床石英管反应器中进行催化剂活性评价，分别以乙酸甲酯、甲苯、乙醇为原料气体进行催化燃烧，表明本专利技术的稀土基介孔整体式催化剂对工业有机废气，尤其是羧酸酯具有高效的去除效果。有益效果：根据本专利技术的催化燃烧用稀土基有序介孔整体式催化剂，以稀土基复合金属氧化物LnMnOγ为活性组分，以蜂窝陶瓷为载体，将稀土元素复合金属氧化物进行三维介孔改造，活性组分具有规整的介孔结构；大大提高其比表面积，改善两者之间构效关系，催化活性高，对处理有机废气效果显著。具体包括：(1)本专利技术提出的催化燃烧用稀土基有序介孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化燃烧用稀土基有序介孔整体式催化剂，其特征在于，所述的催化剂以锰和稀土元素Ln的复合金属氧化物LnMnO

【技术特征摘要】
1.一种催化燃烧用稀土基有序介孔整体式催化剂，其特征在于，所述的催化剂以锰和稀土元素Ln的复合金属氧化物LnMnOγ为活性组分，以蜂窝陶瓷为载体，载体表面的LnMnOγ具有有序介孔结构；所述的Ln选自镧、铈、镨或铕，稀土元素Ln与金属Mn的摩尔比为0.1～1∶1。2.根据权利要求1所述的稀土基有序介孔整体式催化剂，其特征在于，所述的催化剂载体表面的活性组分LnMnOγ具有规整的介孔结构，孔径2.9～5nm，比表面积为150～170m2/g。3.根据权利要求1所述的稀土基有序介孔整体式催化剂，其特征在于，所述的稀土基有序介孔整体式催化剂中，以蜂窝陶瓷体积计，活性组分LnMnOγ的负载量为160～200g/L。4.一种催化燃烧用稀土基有序介孔整体式催化剂的制备方法，包括如下步骤：1)配制可溶性金属锰Mn盐和稀土元素Ln盐的混合溶液，所述的Ln选自镧、铈、镨或铕；2)将模板剂介孔分子筛加入到步骤1)的混合溶液中，搅拌条件下浸渍，干燥、焙烧后制得催化剂前驱体；3)将催化剂前驱体放入碱溶液中，经超声浸渍去除模板剂，抽滤、干燥制得稀土基介孔结构催化剂粉末；4)将步骤3)制得的催化剂粉末制成涂覆浆液，载体蜂窝陶瓷浸入涂覆浆液中浸渍后干燥，直至达到所需涂覆量后焙烧，制得所述的LnMnOγ/蜂窝陶瓷整体式催化剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：高鹏飞，管国锋，孟杰，王磊，徐啸峰，喻家欢，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32