一种锰基氧化物催化剂制造技术

本发明专利技术提供一种锰基氧化物催化剂，其特征在于，所述催化剂为莫来石型氧化物，通式为RMn2O5，其中R为Pr、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Bi等元素。该催化剂可以在较低的温度下有效的将一氧化氮催化氧化为二氧化氮，有较好的抗老化性能和耐久性，可以有效的去除汽车尾气中的氮氧化物，该方法合成过程所需的原料少，步骤简单，操作方便。本发明专利技术采用水热合成法，该方法有效的降低了莫来石的制备温度，大大节约了能源，并且制备周期短，设备要求低，易于推广。

A manganese based oxide catalyst

The present invention provides a manganese oxide catalyst, which is characterized in that the catalyst is a mullite type oxide with a general formula of RMn2O5, in which R is Pr, Nd, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Dy, etc. The catalyst can catalyze the oxidation of nitric oxide to nitrogen dioxide at a lower temperature. It has good aging resistance and durability, and can effectively remove the nitrogen oxides in automobile exhaust. The process is simple, and the operation is simple. The invention adopts the hydrothermal synthesis method, which effectively reduces the preparation temperature of mullite, saves energy greatly, and has short preparation cycle, low equipment requirements and easy popularization.

【技术实现步骤摘要】
一种锰基氧化物催化剂
本专利技术涉及一种锰基氧化物催化剂。
技术介绍
随着工业发展，氮氧污染物的污染问题日益突出，目前处理净化氮氧污染物的有效技术之一就是氨选择性催化还原技术(SCR)。该技术利用氨气、尿素等为还原剂，在氧气浓度高与NOx浓度的条件下，催化剂剂选择性地优先将NOx还原为N2，其中NO氧化形成NO2是SCR反应过程的决定步骤。设计并制备NO氧化催化剂是整个SCR的关键。现在商用的催化剂主要是贵金属(Pt、Pd等)[JournalofCatalysis.2000，196，293-301]系列及钒钛钨氧化物(VOx/WOx/TiO2)[CatalysisLetters.1996，41，35-39]，但是贵金属催化剂储量少，价格昂贵，不利于推广。钒钛钨体系中钒元素对有机生命体呼吸道毒害很大，美国环保局已经明确要求未来催化剂中去除矾元素。2012年WeichaoWangetal.[Science.2012，337，832-835]发现锰基莫来石(Sm，Gd)Mn2O5对NO具有良好的催化活性，但是其共沉淀的制备过程复杂，合成过程中涉及到的原料多，处理温度较高，未来产业化能耗较大。2013年华中科技大学单斌团队采用溶胶凝胶法制备了不同组成的莫来石[CN104624184A，CN103801288A]，虽然对莫来石的制备过程进行了简化，但是500-800℃高温处理5-10h仍然是一个高耗能的过程，不利于能源的节约，并且制备周期较长。分子筛催化剂由于其独特地性能也表现出优异的催化性能，但是其制备周期较长，处理温度高[Industrial&EngineeringChemistryResearch，2017，56，5833-5842]。本专利提出水热合成方法制备莫来石催化剂材料。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供一种锰基氧化物催化剂，该催化剂可以在较低的温度下通过水热法进行合成，并且去除了有机物的使用[CN104624184A，CN103801288A]，简化实验过程，一步制备，缩短了制备周期，降低了该类催化剂的制备成本。经一氧化氮催化氧化测试，发现该方法制备的锰基氧化物催化剂可以在较低的温度下有效的将一氧化氮催化氧化为二氧化氮，并且具有超过商用铂金催化剂的热稳定性、催化活性及耐久性。本专利技术提供一种锰基氧化物催化剂，其特征在于，所述催化剂为莫来石型氧化物，通式为RMn2O5，其中R为Pr、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Bi等元素。同时，本专利技术提供了一种锰基氧化物催化剂的制备方法，其特征在于所述方法为水热合成法，包含如下步骤：1)将R源、锰源在溶液中按一定比例混合；2)向步骤1)所得的混合溶液中加入碱溶液；3)将步骤2)得到的溶液在一定温度下进行水热合成反应后，得到莫来石型氧化物催化剂：优选的，R源为硝酸R盐。优选的，锰源分别为七价的高锰酸钾，二价的乙酸锰(或者氯化锰及其他二价可溶性锰盐)。优选的，水热合成温度为200℃-250℃。优选的，水热合成时间为12h-48h。总体而言，通过本专利技术所制备的催化剂具有以下有益效果：a)不含贵金属，催化剂制备温度低，周期短，成本较低。b)为莫来石型结构，结构稳定，相变温度高，因而具有优异的热稳定性，寿命长，能长时间保持较高的催化活性。c)有较高的一氧化氮氧化催化活性，普遍可以在～280℃达到75％-85％转化率。d)50％转换效率对应的起燃温度一般在200℃-250℃之间。附图说明图1为采用本方法制备的LaMn2O5的X射线衍射图。图2为采用本方法制备的PrMn2O5的X射线衍射图。图3为采用本方法制备的NdMn2O5的X射线衍射图。图4为采用本方法制备的SmMn2O5的X射线衍射图。图5为采用本方法制备的EuMn2O5的X射线衍射图。图6为采用本方法制备的GdMn2O5的X射线衍射图。图7为采用本方法制备的TbMn2O5的X射线衍射图。图8为采用本方法制备的DyMn2O5的X射线衍射图。图9为采用本方法制备的HoMn2O5的X射线衍射图。图10为采用本方法制备的ErMn2O5的X射线衍射图。图11为采用本方法制备的TmMn2O5的X射线衍射图。图12为采用本方法制备的YbMn2O5的X射线衍射图。图13为采用本方法制备的LuMn2O5的X射线衍射图。图14为采用本方法制备的YMn2O5的X射线衍射图。图15为采用本方法制备的BiMn2O5的X射线衍射图。图16为采用本方法制备的LaMn2O5的扫描电镜照片。图17为采用本方法制备的PrMn2O5的扫描电镜照片。图18为采用本方法制备的NdMn2O5的扫描电镜照片。图19为采用本方法制备的SmMn2O5的扫描电镜照片。图20为采用本方法制备的EuMn2O5的扫描电镜照片。图21为采用本方法制备的GdMn2O5的扫描电镜照片。图22为采用本方法制备的TbMn2O5的扫描电镜照片。图23为采用本方法制备的DyMn2O5的扫描电镜照片。图24为采用本方法制备的HoMn2O5的扫描电镜照片。图25为采用本方法制备的ErMn2O5的扫描电镜照片。图26为采用本方法制备的TmMn2O5的扫描电镜照片。图27为采用本方法制备的YbMn2O5的扫描电镜照片。图28为采用本方法制备的LuMn2O5的扫描电镜照片。图29为采用本方法制备的YMn2O5的扫描电镜照片。图30为采用本方法制备的BiMn2O5的扫描电镜照片。图31为本专利技术实施例制得的锰基氧化物催化剂与比较例制得的γ-Al2O3负载Pt的催化剂的NO转化率的对比图。图32为NO催化氧化简易系统示意图。具体实施方式下面将通过具体实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1LaMn2O5：将称取的0.001mol的硝酸镧(La(NO3)3·6H2O)溶于30ml的去离子水中，搅拌片刻，然后分别称取0.0006mol的高锰酸钾和0.0014mol的氯化锰，将称量好的高锰酸钾和氯化锰同时加入到硝酸镧的水溶液中，磁力搅拌30min，同时加水至50ml。称取1.6g氢氧化钠，配成4molL-1的溶液，逐滴加入上述溶液中，磁力搅拌10min，然后将上述溶液移至反应釜中(溶液占反应釜体积的60％-80％)，加热至240℃，反应24h。待反应结束后冷却至室温，将得到的产物用去离子水洗涤2-3次，然后用稀硝酸洗涤1-2次，再用去离子水洗涤2-3次，然后干燥，研磨即得产物。实施例2PrMn2O5：将称取的0.0005mol的硝酸镨(Pr(NO3)3·6H2O)溶于30ml的去离子水中，搅拌片刻，然后分别称取0.0003mol的高锰酸钾和0.0007mol的乙酸锰，将称量好的高锰酸钾和乙酸锰同时加入到硝酸镨的水溶液中，磁力搅拌30min，同时加水至50ml。称取0.48g氢氧化钠，配成4molL-1的溶液，逐滴加入上述溶液中，磁力搅拌10min，然后将上述溶液移至反应釜中(溶液占反应釜体积的60％-80％)，加热至240℃，反应12h。待反应结束后冷却至室温，将得到的产物用去离子水洗涤2-3次，然后用稀硝酸洗涤1-2次，再用去离子水洗涤2-3次，然后干燥，研磨即得产物。实施例3NdMn2O5：将称取的0.0005mol的硝酸钕(Nd(NO3)3·6H2O)溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锰基氧化物催化剂，其特征在于，所述催化剂为莫来石型氧化物，通式为RMn2O5，其中R为Pr、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Bi等元素。

【技术特征摘要】
1.一种锰基氧化物催化剂，其特征在于，所述催化剂为莫来石型氧化物，通式为RMn2O5，其中R为Pr、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Bi等元素。2.如权利要求1所述的一种锰基氧化物催化剂的制备方法，其特征在于所述方法为水热合成法，包含如下步骤：1)将R源、锰源在溶液中按一定比例混合；2)向步骤1)所得的混合溶液中加入碱溶液；3)将步骤2)得到的溶液在一定温度下进行水热合成反应后，得到莫来石型氧化物催化剂。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卫超，杨志，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津,12