一种用于废气净化的四氧化三钴纳米片催化剂及制备和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于废气净化的四氧化三钴纳米片催化剂及制备和应用，取钴的前驱体溶于去离子水中配成溶液；加入无水乙醇，搅拌的条件下向上述溶液中加入油胺，搅拌0.5~3h；将得到的混合溶液转移到水热反应釜中，在180℃条件下保持15h；将得到的沉淀过滤、用去离子水洗涤3~5次；将上述洗涤过的滤饼用乙醇洗涤2~3次；将洗涤过后的滤饼经50~70℃条件下干燥后，于400℃条件下焙烧，得到所制备四氧化三钴纳米片催化剂。本发明专利技术所制备的催化剂价格低廉、制备工艺简单，对于一氧化碳、甲烷、丙烷以及苯系物均表现出了较高的催化氧化活性，适用于工业废气和室内污染源有毒气体的催化净化。

【技术实现步骤摘要】
一种用于废气净化的四氧化三钴纳米片催化剂及制备和应用
本专利技术属于催化环保
，具体涉及一种用于废气净化的四氧化三钴纳米片催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
环境污染日益严重，人类生存必不可少的大气环境污染已经引起了各国的重视，环境污染问题已经成为专家们研究和讨论的重要议题。催化燃烧技术作为一项重要的环保技术被广泛地应用于各类污染气体的消除。开发价格低廉、环境友好、活性较高且稳定性较好的催化剂一直以来是环境催化研究的热点。目前用于催化燃烧活性较好的主要是贵金属催化剂，由于过渡金属氧化物价格低廉、资源丰富，通常被用作催化剂，在催化燃烧中其活性与贵金属催化剂相当。四氧化三钴是过渡金属氧化物中用于催化燃烧反应活性较好的一种，其具有典型的尖晶石结构，被广泛地用于催化氧化反应中。Co分别以四面体四配位的Co2+离子和八面体六配位Co3+价离子存在，尖晶石中的离子很容易被其半径比较接近的金属离子取代，引起Co3O4理化性质发生变化，从而更有利于催化反应。目前的大部分研究工作都是通过其他金属的掺杂来改变四氧化三钴的催化氧化性质。所报道的其他元素掺杂的钴-基催化剂中，包括Co3-xFexO4、Co3−xMnxO4、ZnxCo1-xCo2O4以及NiOx、CrOx、Bi2O3修饰Co3O4等催化剂，大多用于催化燃烧VOCs、CO的消除、NOx的还原等。本专利技术主要从四氧化三钴氧化物的形貌着手，制备一种具有特殊结构的四氧化三钴，从而改变其催化氧化性质。本专利技术中所制备一种四氧化三钴纳米片催化剂价格低廉、制备工艺简单，对于一氧化碳、甲烷、丙烷以及苯系物均表现出了较高的催化氧化活性。
技术实现思路
为了在现有的研究基础上降低催化剂成本并进一步提高催化剂的活性，本专利技术提供一种用于废气净化的四氧化三钴纳米片催化剂，其目的在于通过对催化剂形貌的设计提高其催化氧化能力，从而实现其对于废气中污染气体的净化。一种用于废气净化的四氧化三钴纳米片催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）取钴的前驱体溶于去离子水中，配成0.05M溶液；（2）搅拌的条件下向其中加入无水乙醇，乙醇与去离子水的体积比为1.5:2.0；（3）搅拌的条件下向上述溶液中加入油胺，油胺与乙醇的体积比为1:7，搅拌0.5~3h；（4）将得到的混合溶液转移到水热反应釜中，在180℃条件下保持15h；（5）将得到的沉淀过滤、用去离子水洗涤3~5次；（6）将上述洗涤过的滤饼用乙醇洗涤2~3次；（7）将洗涤过后的滤饼经50~70℃条件下干燥后，于400℃条件下焙烧，得到所制备四氧化三钴纳米片催化剂。所述钴的前驱体为硝酸钴。一种用于废气净化的四氧化三钴纳米片催化剂，其特征在于，根据上述所述方法制备得到。一种用于废气净化的四氧化三钴纳米片催化剂用于废气净化的应用。本专利技术中所述催化剂及其制备方法相较于现有研究其特点在于：本专利技术中催化剂为过渡金属氧化物，避免了贵金属的使用，降低了催化剂成本；本专利技术中催化剂具有特殊的纳米片状结构，对于一氧化碳、甲烷、丙烷以及苯系物均表现出了较高的催化氧化活性，适用于工业废气和室内污染源有毒气体的催化净化，对多功能催化剂的开发具有一定的指导意义。本专利技术所制备的催化剂价格低廉、制备工艺简单，对于一氧化碳、甲烷、丙烷以及苯系物均表现出了较高的催化氧化活性，适用于工业废气和室内污染源有毒气体的催化净化。具体实施方式实施例1称取0.58gCo(NO3)3·6H2O溶于40ml去离子水中，搅拌的条件下向其中加入30ml无水乙醇，继续搅拌的条件下向其中加入4.3ml油胺，得到的混合溶液继续搅拌0.5h，将得到的混合溶液转移到100ml水热反应釜中，在180℃条件下保持15h。将得到的沉淀过滤、用去离子水洗涤3~5次；将洗涤过的滤饼用乙醇洗涤2~3次；将洗涤过后的滤饼经70℃条件下干燥后，于400℃条件下焙烧，得到所制备四氧化三钴催化剂记为Co3O4-1。实施例2称取0.58gCo(NO3)3·6H2O溶于40ml去离子水中，搅拌的条件下向其中加入30ml无水乙醇，继续搅拌的条件下向其中加入4.3ml油胺，得到的混合溶液继续搅拌1h，将得到的混合溶液转移到100ml水热反应釜中，在180℃条件下保持15h。将得到的沉淀过滤、用去离子水洗涤3~5次；将洗涤过的滤饼用乙醇洗涤2~3次；将洗涤过后的滤饼经70℃条件下干燥后，于400℃条件下焙烧，得到所制备四氧化三钴催化剂记为Co3O4-2。实施例3称取0.58gCo(NO3)3·6H2O溶于40ml去离子水中，搅拌的条件下向其中加入30ml无水乙醇，继续搅拌的条件下向其中加入4.3ml油胺，得到的混合溶液继续搅拌2h，将得到的混合溶液转移到100ml水热反应釜中，在180℃条件下保持15h。将得到的沉淀过滤、用去离子水洗涤3~5次；将洗涤过的滤饼用乙醇洗涤2~3次；将洗涤过后的滤饼经70℃条件下干燥后，于400℃条件下焙烧，得到所制备四氧化三钴催化剂记为Co3O4-3。实施例4称取0.58gCo(NO3)3·6H2O溶于40ml去离子水中，搅拌的条件下向其中加入30ml无水乙醇，继续搅拌的条件下向其中加入4.3ml油胺，得到的混合溶液继续搅拌3h，将得到的混合溶液转移到100ml水热反应釜中，在180℃条件下保持15h。将得到的沉淀过滤、用去离子水洗涤3~5次；将洗涤过的滤饼用乙醇洗涤2~3次；将洗涤过后的滤饼经70℃条件下干燥后，于400℃条件下焙烧，得到所制备四氧化三钴催化剂记为Co3O4-4。催化剂活性测试：一种用于废气净化的四氧化三钴纳米片催化剂在一氧化碳催化消除中的应用，将上述催化剂放在连续流动固定床装置中通入一氧化碳和空气的混合气进行反应；反应压力为常压～1atm，反应空速为120000mL/(g·h)，空气与一氧化碳混合气中一氧化碳的浓度为15ppm，反应温度为-20℃。一种用于废气净化的四氧化三钴纳米片催化剂在甲烷、丙烷和苯的催化消除中的应用催化剂性能评价在柱型固定床微反应器中进行，反应气质量空速(GHSV)为30,000mL/(g·h)，催化剂用量0.1g，原料气浓度为1000ppm，空气为载气，反应温度80～400℃,在常压环境下进行。活性测试结果见表1和表2，T90为转化率达到90%时所需的反应温度，主要反应产物为二氧化碳和水。表1为实施例1~4催化剂对于丙烷催化燃烧活性，表2为实施例3对于CO、甲烷、丙烷和苯的催化燃烧活性。表1为实施例1~4催化剂对于丙烷催化燃烧活性表1结果表明四氧化三钴纳米片催化剂对于丙烷催化燃烧具有较高的催化氧化活性，空速30,000ml·g–1·h–1，300℃以下即可将1000ppm丙烷完全催化氧化。说明四氧化三钴纳米片催化剂对于烃类污染物的消除具有非要优异的催化氧化性能。表2为实施例3对于不同污染物催化燃烧活性表2结果表明四氧化三钴纳米片催化剂对于不同污染物，如CO、甲烷、丙烷和苯均表现出了较好的催化氧化活性，这对于环保催化剂的开发具有非常重要的指导意义。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于废气净化的四氧化三钴纳米片催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）取钴的前驱体溶于去离子水中，配成0.05M溶液；（2）搅拌的条件下向其中加入无水乙醇，乙醇与去离子水的体积比为1.5:2.0；（3）搅拌的条件下向上述溶液中加入油胺，油胺与乙醇的体积比为1:7，搅拌0.5~3h；（4）将得到的混合溶液转移到水热反应釜中，在180℃条件下保持15h；（5）将得到的沉淀过滤、用去离子水洗涤3~5次；（6）将上述洗涤过的滤饼用乙醇洗涤2~3次；（7）将洗涤过后的滤饼经50~70℃条件下干燥后，于400℃条件下焙烧，得到所制备四氧化三钴纳米片催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于废气净化的四氧化三钴纳米片催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）取钴的前驱体溶于去离子水中，配成0.05M溶液；（2）搅拌的条件下向其中加入无水乙醇，乙醇与去离子水的体积比为1.5:2.0；（3）搅拌的条件下向上述溶液中加入油胺，油胺与乙醇的体积比为1:7，搅拌0.5~3h；（4）将得到的混合溶液转移到水热反应釜中，在180℃条件下保持15h；（5）将得到的沉淀过滤、用去离子水洗涤3~5次；（6）...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，蔡婷，赵昆峰，高振源，袁静，杨玲，张涛，金彩虹，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31