一种金属氧化物/HTS-1钛硅分子筛催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种金属氧化物/HTS‑1钛硅分子筛催化剂及其制备方法和应用，本发明专利技术选择过渡金属元素和稀土金属元素共同掺杂HTS‑1钛硅分子筛，通过选择不同的金属元素，控制金属元素之间的比例以及反应条件，可有效调控催化剂的酸性位，且由于稀土元素的掺杂，使得制备的金属氧化物/HTS‑1钛硅分子筛催化剂酸位的分布更加均匀，且金属氧化物以尖晶石的形式负载在HTS‑1载体上，尖晶石结构和HTS‑1钛硅分子筛的酸性位协同作用，以及三种金属氧化物之间的协同作用，赋予催化剂催化活性好、使用寿命长的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种金属氧化物/HTS-1钛硅分子筛催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料制备的
，尤其涉及一种金属氧化物/HST-1钛硅分子筛及其制备方法和应用。
技术介绍
随着社会经济发展，空气污染加剧，挥发性有机物(VOC)对社会经济环境和居民健康造成了严重损害。因此，国家和地方都对大气污染物及其中的VOC给予了高度重视，加紧调研各地VOC治理现状，并出台制定了一系列VOC控制减排政策及标准。目前常用的去除VOC的方法有以下几种：(1)VOC去除剂，利用微孔物质和表面活性剂生成难挥发的物质，在物体表面形成一层薄膜从而抑制VOC的挥发，此方法只是拖延有害物质的释放，并未真正消除，而且去除剂与污染物生成的物质容易造成二次污染；(2)吸附法，利用一些具有吸附性的材料如活性炭等吸附空气中的有害成分，但是该方法主要是物理吸附，不及时处理，有害物质会再次释放出来污染空气；(3)光催化法，主要利用二氧化钛等光催化剂在光的照射下，产生具有氧化能力的自由基，从而分解VOC等有机污染物，但是此类催化剂只有在紫外线的照射下才能发挥较高的催化活性，而且VOC的释放是个缓慢的过程，因此分解效果不甚理想；(4)催化氧化法，在催化剂存在下，将空气中的VOC等有害物质转化成二氧化碳和水，此方法催化效率高、净化完全，是一种非常有前景的净化方法。但是，现有的催化氧化法去除VOC的催化剂存在催化活性相对较低，催化剂性能不稳定，使用寿命短的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种金属氧化物/HST-1钛硅分子筛及其制备方法和应用，旨在解决现有催化氧化降解VOC的催化剂活性较低、性能不稳定以及使用寿命短的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：一种金属氧化物/HTS-1钛硅分子筛催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：步骤一、按金属摩尔比为1-x:2:x分别依次称取+2价过渡金属的硝酸盐、+3价过渡金属的硝酸盐和稀土金属的硝酸盐，加水混匀，得硝酸盐溶液；其中，0.1≤x≤0.9；步骤二、将HTS-1钛硅分子筛浸渍于所述硝酸盐溶液中，搅拌浸渍12-24h，过滤，洗涤，干燥，研磨，所得粉体在程序升温至500-600℃的条件下焙烧2-12h，程序升温的速率为3-5℃/min，得初级催化剂；步骤三、将所述初级催化剂再次浸渍于所述金属硝酸盐溶液中，搅拌浸渍12-24h，过滤，洗涤，干燥，研磨，所得粉体在程序升温至500-600℃的条件下焙烧2-12h，程序升温的速率为3-5℃/min，得次级催化剂；步骤四，重复步骤三2-3次，得金属氧化物/HTS-1钛硅分子筛催化剂。相对于现有技术，本专利技术提供的金属氧化物/HTS-1钛硅分子筛催化剂的制备方法具有如下优点：(1)选择过渡金属元素和稀土金属元素共同掺杂HTS-1钛硅分子筛，增加了催化剂的酸位，且使酸位的分布更加均匀，提高了催化剂的活性和使用寿命。(2)通过掺杂稀土金属元素及调节金属硝酸盐离子配比，控制溶液中总金属离子的摩尔浓度，调控催化剂中酸/Lewis酸的比例，实现了对催化剂酸位的可控调节，进而实现了对催化剂活性的有效调控。(3)HTS-1钛硅分子筛具有良好的孔隙率，比表面积和良好的金属氧化物分散性，在催化反应中可以起到边吸附边催化的作用，且经过多次催化反应，HTS-1钛硅分子筛仍可以保持良好的孔隙比和比表面积，可以延长催化剂的使用寿命。(4)金属氧化物以尖晶石的形式负载在HST-1钛硅分子筛上，尖晶石结构催化剂有起燃温度低，低温结构稳定的优点，尖晶石结构和HTS-1钛硅分子筛的酸性位协同作用，以及三种金属氧化物之间的协同作用，赋予催化剂催化活性好、使用寿命长的优点。(5)通过多次浸渍可提高金属氧化物的负载量，使最终制备的催化剂在金属氧化物的负载量在5-30％之间，可进一步提高催化剂的活性。优选的，所述+2价过渡金属的硝酸盐为硝酸亚铁，硝酸镍，硝酸钛或硝酸铜。优选的，所述+3价过渡金属的硝酸盐为硝酸钴，硝酸锰，硝酸铁，硝酸钇或硝酸铬。优选的，所述稀土金属的硝酸盐为硝酸镧，硝酸铈，硝酸钆，硝酸钐或硝酸钕。更优选的，所述+2价过渡金属的硝酸盐为硝酸铜；所述+3价过渡金属的硝酸盐为硝酸锰，所述稀土金属的硝酸盐为硝酸铈。优选的过渡金元素和稀土金属元素的组合，可以使金属元素以尖晶石的形式负载在HST-1钛硅分子筛上，得到理想的金属氧化物和HTS-1钛硅分子筛的组合体，提高催化剂的性能。优选的，x为0.3。优选的过渡金属元素和稀土金属元素的摩尔比，可增加催化剂的酸位，且使酸位的分布更加均匀，使得制备的催化剂具备优异的催化活性和使用寿命。优选的，HTS-1钛硅分子筛的质量克数与所述硝酸盐溶液中金属离子的摩尔浓度值相等，其中摩尔浓度的单位为摩尔/升。更优选的，所述+3价过渡金属的硝酸盐的浓度为0.8-2mol/L，金属离子总浓度为1.2-3mol/L。优选的金属离子的浓度和HTS-1钛硅分子筛的比例，可以使金属氧化物均匀的负载在HTS-1钛硅分子筛上，进一步提高催化剂的活性。优选的，步骤二和步骤三中，干燥温度为60-80℃，干燥时间为100-1000min。优选的，步骤二和步骤三中，焙烧采用程序升温的方法，升温速率为3-5℃/min。优选的，步骤二和步骤三中，浸渍温度为25-40℃。优选的反应条件，可以使金属氧化物均匀的负载在HTS-1钛硅分子筛上，进一步提高催化剂的活性。本专利技术还提供一种金属氧化物/HTS-1钛硅分子筛催化剂，所述材料由上述的制备方法制备。本专利技术还提供了金属氧化物/HTS-1钛硅分子筛催化剂在催化氧化降解挥发性有机污染物中的应用。附图说明图1为实施例1和对比例1制备的金属氧化物/HTS-1钛硅分子筛催化剂的X射线衍射(XRD)图谱：aHTS-1钛硅分子筛；bCuMn2O4/HTS-1钛硅分子筛；cCu0.9Mn2Nd0.1Ox/HTS-1钛硅分子筛；图2为实施例2和对比例1制备的金属氧化物/HTS-1钛硅分子筛催化剂的X射线衍射(XRD)图谱：aHTS-1钛硅分子筛；bCuMn2O4/HTS-1钛硅分子筛；cCu0.8Mn2Nd0.2Ox/HTS-1钛硅分子筛；图3为实施例3和对比例1制备的金属氧化物/HTS-1钛硅分子筛催化剂的X射线衍射(XRD)图谱：aHTS-1钛硅分子筛；bCuMn2O4/HTS-1钛硅分子筛；cCu0.7Mn2Nd0.3Ox/HTS-1钛硅分子筛；图4为实施例4和对比例1制备的金属氧化物/HTS-1钛硅分子筛催化剂的X射线衍射(XRD)图谱：aHTS-1钛硅分子筛；bCuMn2O4/HTS-1钛硅分子筛；cCu0.7Mn2Nd0.3Ox/HTS-1钛硅分子筛。图5为实施例4、对比例1和对比例2制备的金属氧化物/HTS-1钛硅分子筛催化剂的NH3-TPD曲线图：aHTS-1钛硅分子筛；bCuMn2O4/HTS-1钛硅分子筛；cCu0.7Mn2Y0.3Ox/HTS-1钛硅分子筛；dCu0.7Mn2Nd0.3Ox/HTS-1钛硅分子筛。图1-图4中▼表示HTS-1钛硅分子筛，▽表示尖晶石晶相。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属氧化物/HTS‑1钛硅分子筛催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、按金属摩尔比为1‑x:2:x分别依次称取+2价过渡金属的硝酸盐、+3价过渡金属的硝酸盐和稀土金属的硝酸盐，加水混匀，得硝酸盐溶液；其中，0.1≤x≤0.9；步骤二、将HTS‑1钛硅分子筛浸渍于所述硝酸盐溶液中，搅拌浸渍12‑24h，过滤，洗涤，干燥，研磨，所得粉体在程序升温至500‑600℃的条件下焙烧2‑12h，程序升温的速率为3‑5℃/min，得初级催化剂；步骤三、将所述初级催化剂再次浸渍于所述金属硝酸盐溶液中，搅拌浸渍12‑24h，过滤，洗涤，干燥，研磨，所得粉体在程序升温至500‑600℃的条件下焙烧2‑12h，程序升温的速率为3‑5℃/min，得次级催化剂；步骤四，重复步骤三2‑3次，得金属氧化物/HTS‑1钛硅分子筛催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物/HTS-1钛硅分子筛催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、按金属摩尔比为1-x:2:x分别依次称取+2价过渡金属的硝酸盐、+3价过渡金属的硝酸盐和稀土金属的硝酸盐，加水混匀，得硝酸盐溶液；其中，0.1≤x≤0.9；步骤二、将HTS-1钛硅分子筛浸渍于所述硝酸盐溶液中，搅拌浸渍12-24h，过滤，洗涤，干燥，研磨，所得粉体在程序升温至500-600℃的条件下焙烧2-12h，程序升温的速率为3-5℃/min，得初级催化剂；步骤三、将所述初级催化剂再次浸渍于所述金属硝酸盐溶液中，搅拌浸渍12-24h，过滤，洗涤，干燥，研磨，所得粉体在程序升温至500-600℃的条件下焙烧2-12h，程序升温的速率为3-5℃/min，得次级催化剂；步骤四，重复步骤三2-3次，得金属氧化物/HTS-1钛硅分子筛催化剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述+2价过渡金属的硝酸盐为硝酸亚铁，硝酸镍，硝酸钛或硝酸铜。3.如权利要求1或2所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛建瑞，刘浩彬，钱恒力，张亦媛，段二红，刘洁，张龙，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：河北,13