本发明专利技术涉及一种用于CO低温氧化的钙钛矿负载纳米氧化锰催化剂。该催化剂以无定型纳米颗粒氧化锰为活性组分，以稀土复合钙钛矿氧化物为载体，通过外延生长的方法在钙钛矿表面原位生长出氧化锰的纳米颗粒。该催化剂具有高的CO氧化催化活性和优异的热稳定性，可以在室温实现CO的完全消除，并经700-950℃高温焙烧后，催化剂的活性仍保持不变。本方法具有制备条件简单、制备成本低廉等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及了一种用于CO低温氧化的钙钛矿负载纳米氧化锰催化剂，该催化剂可以在20°C下实现CO的完全氧化，并且经700-950°C焙烧后，活性保持不变，表现出优异的热稳定性。本专利技术属于环境催化
技术背景近年来由于经济快速发展而引发的环境问题日益严重，已成为人类亟需解决的问题，其中大气污染严重影响了人类的生活和发展。CO作为主要的大气污染物之一主要来自于汽车尾气、发电厂以及其他一些工业活动。由于CO对人体健康有着很大的危害，因此，CO催化氧化过程在消除环境污染、净化空气、CO防毒面罩等领域都具有较高的实用价值。目前许多纳米颗粒的氧化物催化剂热稳定性差，在高温下或者在反应放出大量的热的情况下很容易失活。为了减少CO对大气的污染，有必要对CO进行净化处理，其中催化氧化是最有效的方法。目前用于CO催化氧化的催化剂主要分为两类:贵金属催化剂和非贵金属催化剂。贵金属催化剂主要有Au催化剂和Pd、Pt催化剂，虽然他们具有较高的活性，但是贵金属催化剂价格昂贵、储量稀缺、易于硫中毒和高温烧结等，在很大程度上限制了它的应用。尤其是对于Au催化剂，Au颗粒的大小严重影响到催化剂的活性，研究者发现金的粒径越小，催化剂活性越高。具有最优活性的金催化剂，金颗粒的粒径分布在2-5 nm之间，当金的颗粒尺寸从2-4 nm增长到20-40 nm时，催化剂的活性降低了两个数量级(N.Lopezet al.Journal of Catalysis 223 (2004) 232-235.)。对 Au/A1203 催化剂在 400°C下焙烧30 min后我们可以清楚的看到催化剂Au颗粒长大，催化活性明显下降(R.J.H.Grisel,B.E.Nieuwenhuys, Catalysis Today 64 (2001) 69-81.)。贵金属的高温热稳定性差，往往经过高温处理后，其低温催化氧化CO的活性明显变差。非贵金属催化剂主要有Co3O4催化剂，MnO ^崔化剂和Hopcalite催化剂。纳米棒状的Co3O4催化剂有着很高的低温CO催化氧化活性，在-77°C下就能使1.0 vol.% CO达到100 %转化，催化剂在450°C下焙烧，高温焙烧或者反应放出大量热的情况下可能导致催化剂失活(Xiao wei Xie et al.Nature 2009, 458:746-749.)。纳米颗粒的 Mn(^催化剂可以在室温下完全催化氧化CO，并且具有较大的比表面积，当焙烧温度从360°C升高到520°C时，催化剂显示出更为完美的Mn2O3晶相，CO完全氧化的温度由室温升高到335 K。(V.1ablokov et al.Catalysis Letters 134 (2009) 210-216.)。对于 CuO-MnOx复合氧化催化剂(Hopcalite催化剂)，焙烧温度对于催化剂的活性也有显著的影响，当焙烧温度超过 500°C时，催化剂活性显著降低(G.J.Hutchings et al.Journal of MolecularCatalysis A: Chemical 305 (2009) 121—124.)。对于钙钛矿型催化剂，一般通过A位和B位取代来改良催化剂的表面性质以及氧化还原性能等。Pt掺杂的Laa7Sra3MnO3和Laa7Pda3MnO3催化剂便显出相似的活性，其中Sr的引入提高了催化剂的热稳定性能，Pt的掺杂提高了催化剂的抗硫性(P.K.Gallagheret al.Materials Research Bulletin 10 (1975) 529-538.)。I丐钦矿型催化剂虽然稳定性好，但其低温催化氧化CO的活性差，难以实现室温下CO的全转化。
技术实现思路
本专利技术的目的是制备一种具有高温热稳定性的纳米颗粒MnO3^f化剂，具有高效的催化氧化CO活性，该催化剂可以在20°C达到CO的完全消除，并且经700-950°C高温焙烧后，活性保持不变。与已有技术相比，本专利技术的特点是: (I)MnOx颗粒小，分散度高，增强了催化剂对CO的氧化活性。(2)所制备的纳米颗粒的MnOx具有高温热稳定性，高温下MnO x可以稳定的存在，使催化剂具有高的热稳定性。(3)采用外延生长法制备催化剂，在钙钛矿表面原位生长出纳米颗粒的MnOx，制备方法简单，重复性好。(4)催化剂在反应气氛下失活后，可以通过在干燥的空气中焙烧而再生。本专利技术的催化剂制备的技术路线是: 本专利技术的催化剂以无定型的纳米颗粒MnOx为活性组分，钙钛矿型氧化物为载体，通过外延生长法制备。首先使锰离子与稀土(镧、钕、镨和铒中的一种或一种以上)离子形成混合溶液，通过络合剂的加入，经加热搅拌形成凝胶，然后在空气中焙烧，使锰离子进入到钙钛矿LaMn03+5的晶格间隙中形成间隙固溶体，继续提高焙烧温度，利用晶体的外延生长，使锰离子从晶格间隙中析出形成纳米颗粒的MnOx。通过这种外延生长的方法不仅可以有效的控制了 MnOx的颗粒大小，而且使MnO x稳定的生长在钙钛矿LaMnO 3+δ表面。本专利技术所采用的催化剂制备路线为: 将锰和稀土的可溶性盐按所需化学计量比溶解于去离子水中制成混合溶液，同时将一定量的络合剂溶于去离子水中，将上述两种溶液混合、搅拌，控制溶液pH值在0.5-2.0之间，水浴加热、搅拌至凝胶状，转入60-90°C烘箱干燥后在100-160°C下碳化8-15 h,最后先在500°C下焙烧2-5 h，然后在650-950°C温度下于空气中煅烧1_10 h，得到所需催化剂。【具体实施方式】下面的实施例将进一步对本专利技术给予说明，但不限制本专利技术的范围。实施例1:分别称取 7.15 g 的 Mn (NO3) 2溶液、4.62 g 的 C 6Η807.H 20 和 0.72 g 的 C6H14O6溶解于 30mL去离子水中，加热搅拌至完全溶解，溶液最终pH值为0.8。混合溶液在85°C的水浴中加热搅拌至凝胶状，然后经110°C干燥，最后先在500°C温度下焙烧I h，然后在750°C下焙烧3 h得到所需要的催化剂。采用自制的固定床石英反应器对催化剂在CO催化氧化活性进行测试。测试前催化剂用干燥的20 vol.% 02/队混合气在400°C下预处理0.5 h。每次活性测试使用40-60目的催化剂200 mg ο反应原料气为干燥的I vol.% CO及20 vol.% O2，平衡气为N2，空速为15，000 ml g-1 h—1。活性测试在反应达到稳定后进行。活性评价结果表明，所制备的MnOJf化剂上当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于CO低温氧化的钙钛矿负载纳米氧化锰催化剂，该催化剂具有高的CO氧化活性和高温热稳定性，其特征在于该催化剂的化学组成为MnOx/ AMnO3+δ，其中：催化剂的活性组分为无定型纳米颗粒的MnOx；载体为具有钙钛矿结构的AMnO3+δ氧化物，其中A位元素为稀土镧（La）、钕（Nd）、镨（Pr）和铒（Er）中的一种或一种以上；催化剂的化学组成为:锰和稀土的摩尔比为1.01‑2.00。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭耘，赵振阳，王丽，卢冠忠，郭杨龙，王筠松，詹望成，龚学庆，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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