一种氧化锰催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术介绍了一种氧化锰催化剂及其制备方法和应用，所述氧化锰催化剂由是以镍铝复合金属氧化物为载体，活性组分为氧化锰，其质量百分含量为1～20％。本发明专利技术是采用水热合成法制备出一系列镍铝层状复合金属氢氧化物(NiAl‑LDHs)材料，通过添加硝酸锰(50％水溶液)改性，然后在高温下焙烧转变为相应的复合金属氧化物，制备得到高活性负载型氧化锰催化剂。将该催化剂应用于甲醛降解工艺中，结果表明，在常温常压自然光条件下，催化剂对甲醛的降解去除率达90％以上。

A Manganese Oxide Catalyst and Its Preparation and Application

The invention introduces a manganese oxide catalyst and its preparation method and application. The manganese oxide catalyst is supported by a nickel-aluminium composite metal oxide and the active component is manganese oxide, with a mass percentage of 1-20%. A series of nickel-aluminium layered composite metal hydroxides (NiAl LDHs) are prepared by hydrothermal synthesis method, modified by adding manganese nitrate (50% aqueous solution) and then calcined at high temperature into corresponding composite metal oxides to prepare a highly active supported manganese oxide catalyst. The catalyst was applied to the formaldehyde degradation process. The results showed that the removal rate of formaldehyde by the catalyst was over 90% under normal temperature and pressure natural light conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锰催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种由层状前体法制备的高活性负载型氧化锰催化剂，该催化剂主要应用于甲醛降解反应工艺中。
技术介绍
随着社会经济的快速发展和人民生活水平的逐步提高，人们对环保及空气质量的要求也越来越严格。其中甲醛的室内污染最为严重，低浓度的甲醛会刺激人体的眼睛及呼吸道黏膜，引起肝系统、呼吸系统及神经系统的异常；而长时间接触高浓度的甲醛是导致多种癌症的发生，国际癌症研究机构已将甲醛定义为一类致癌物。因为如何高效率的去除甲醛，对环保领域以及人类的身体健康是至关重要的。目前市场上去除甲醛的方法主要有以下三种：吸附材料吸收、酶催化和催化氧化。吸附材料主要为活性炭，开始吸附速率较快，但当吸附值饱和后，需更换活性炭，且吸附的甲醛容易散发出来，造成二次污染。酶催化主要成分为植物提取因子，有效期短，长时间使用容易发臭。催化氧化包括光触媒催化和金属氧化物催化，光触媒催化主要指纳米二氧化钛，可将甲醛降解为对空气无污染的二氧化碳和水，使用周期较长，但需在紫外光灯下才能发生反应，能耗较大；金属氧化物催化主要指过渡金属氧化锰，主要是将氧化锰粉体负载到活性炭载体，表现出较高的催化降解甲醛活性，但活性炭载体孔径被堵塞，降解甲醛速率下降。因此如何将氧化锰粉体高效的与载体结合，成为研究热点。层状复合金属氢氧化物(LayeredDoubleHydroxides，简称LDHs)是一类阴离子型黏土材料，俗称水滑石，其化学组成式为[M2+1-xM3+x(OH)2](An-)x/n·mH2O，其中M2+代表位于主体层板上的二价金属阳离子，可以是Mg2+、Ni2+、Zn2+或Cu2+等的一种或多种；M3+为三价金属阳离子，是Al3+、Cr3+、In3+或Fe3+等；An-是Cl-、NO3-或CO32-中的一种或多种；x为M2+与M3+的摩尔比，0≤x≤1；m为层间水分子的摩尔量，2≤m≤4.5。
技术实现思路
基于上述问题，本专利技术提供一种氧化锰催化剂，该催化剂是以NiAl-LDHs为前体，通过添加硝酸锰改性，再经高温焙烧处理得到的氧化锰修饰的镍铝复合金属氧化物；其中氧化锰的质量含量为1-20％，氧化镍的质量含量为50-70％，氧化铝的质量含量为20-30％，总量为100％；进一步地，所述氧化锰催化剂由活性组分和载体组成，其中活性组分为氧化锰，载体为氧化镍和氧化铝；进一步地，所述氧化锰粒径尺寸为5～200nm；上述氧化锰催化剂，是经LDHs高温焙烧得到的复合金属氧化物，具有比较高的比表面积、小的颗粒尺寸和好的热稳定性。属于高活性负载型氧化锰催化剂，可以明显降低室内空气中装修污染挥发的甲醛，而且使用时间长，持久性更好，不会造成二次污染。本专利技术还提供上述氧化锰催化剂的制备方法，包括下述步骤：(1)制备锰改性的NiAl-LDHs前体材料：按照硝酸镍与硝酸铝摩尔比为2:1-4:1，硝酸镍与尿素摩尔比为1:2-1:4，硝酸锰与硝酸镍的摩尔比为1:3-1:20，以及去离子水，配成混合盐溶液；将配好的混合盐溶液置于高压反应釜中，于100～150℃烘箱中反应12～24h，反应结束后，降至室温，离心洗涤浆液直至水相pH为7，将样品置于80～150℃烘箱干燥8～24h，即可得到锰改性的NiAl-LDHs前体材料；(2)制备氧化锰催化剂：将上述锰改性的NiAl-LDHs前体材料在400～600℃温度下焙烧4-6h，使得NiAl-LDHs前体材料转变为相应的复合金属氧化物，从而制备出氧化锰催化剂。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术，通过水热合成法制备出的NiAl-LDHs前体材料，LDHs层板上金属阳离子受晶格能的影响呈高度分散状态，焙烧后金属离子均转变成相应的氧化物，受晶格能限制，活性组分氧化锰在载体上均匀分布和高度分散。2、本专利技术，制备的催化剂可以明显降低室内空气中装修污染挥发的甲醛，而且使用时间长，持久性更好，不会造成二次污染。具体实施方式：下面结合具体实施方案对本专利技术进行进一步解说。实施例1：制备镍铝摩尔比为2:1的锰改性的NiAl-LDHs前体材料的方法，包括以下步骤：按照硝酸镍/硝酸铝摩尔比为2:1，硝酸镍/尿素摩尔比为1:3，配成70mL混合盐溶液，预先在混合盐溶液中加入少量的硝酸锰，硝酸锰与硝酸镍摩尔比为1:10。将配好的混合盐溶液置于100mL高压反应釜中，于130℃烘箱中反应24h，然后用去离子水将制备得到的浆液离心洗涤，至上层清液pH值为7，放于90℃烘箱干燥12h，得到锰改性的NiAl-LDHs前体材料。将上述制得的锰改性的NiAl-LDHs前体材料在450℃焙烧4h，升温速率为5℃/min，即可得到氧化锰改性的高活性负载型氧化锰催化剂。主要分析方法氧化锰改性的氧化锰催化剂活性组分粒径尺寸：使用日本JEOL公司的JEM-2100型投射电子显微镜(HRTEM)，本实施例1制备出的催化剂活性组分粒径尺寸为20-40nm。催化剂甲醛去除率检测方法称取30g氧化锰催化剂，将其平铺在基板上，置于1.5立方甲醛试验舱，舱内温度为25.3℃，相对湿度为49.2％，甲醛初始浓度为1.08mg/m3，24h后舱内甲醛浓度为0.05mg/m3，甲醛去除率为95.4％。实施例2：制备镍铝摩尔比为3:1的NiAl-LDHs前体的方法，包括以下步骤：按照硝酸镍/硝酸铝摩尔比为3:1，硝酸镍/尿素摩尔比为1:4，配成70mL混合盐溶液，预先在混合盐溶液中加入少量的硝酸锰，硝酸锰与硝酸镍摩尔比为1:10。将配好的混合溶液置于100mL高压反应釜中，于130℃烘箱中反应24h，然后用去离子水将制备得到的浆液离心洗涤，至上层清液pH值为7，放于100℃烘箱干燥12h，得到锰改性的镍铝摩尔比为3:1的NiAl-LDHs前体材料。将上述制得的锰改性的NiAl-LDHs前体在500℃焙烧4h，升温速率为5℃/min，即可得到氧化锰改性的高活性负载型氧化锰催化剂。催化剂的结构分析方法与上述实施例1方法相同，活性组分粒径尺寸为30-50nm。称取33g氧化锰催化剂，将其平铺在基板上，置于1.5立方甲醛试验舱，舱内温度为24.8℃，相对湿度为46.8％，甲醛初始浓度为0.98mg/m3，24h后舱内甲醛浓度为0.07mg/m3，甲醛去除率为92.3％。实施例3：制备镍铝摩尔比为4:1的NiAl-LDHs前体的方法，包括以下步骤：按照硝酸镍/硝酸铝摩尔比为4:1，硝酸镍/尿素摩尔比为1:4，配成70mL混合盐溶液，预先在混合盐溶液中加入少量的硝酸锰，硝酸锰与硝酸镍摩尔比为1:10。将配好的混合溶液置于100mL高压反应釜中，于150℃烘箱中反应24h，然后用去离子水将制备得到的浆液离心洗涤，至上层清液pH值为7，放于120℃烘箱干燥12h，得到锰改性的镍铝摩尔比为4:1的NiAl-LDHs前体材料。将上述制得的锰改性的NiAl-LDHs前体在550℃焙烧6h，升温速率为5℃/min，即可得到氧化锰改性的高活性负载型氧化锰催化剂。催化剂的结构分析方法与上述实施例1方法相同，活性组分粒径尺寸为30-50nm。称取31g氧化锰催化剂，将其平铺在基板上，置于1.5立方甲醛试验舱，舱内温度为25.2℃，相对湿度为47.2％，甲醛初始浓度为1.03mg/m3，24h后舱内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化锰催化剂，其特征在于，所述氧化锰催化剂是以NiAl‑LDHs材料为前体，通过添加硝酸锰改性，再经焙烧得到氧化锰修饰的镍铝复合金属氧化物，其中氧化锰的质量含量为1‑20％，氧化镍的质量含量为50‑70％，氧化铝的质量含量为20‑30％，总量为100％。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锰催化剂，其特征在于，所述氧化锰催化剂是以NiAl-LDHs材料为前体，通过添加硝酸锰改性，再经焙烧得到氧化锰修饰的镍铝复合金属氧化物，其中氧化锰的质量含量为1-20％，氧化镍的质量含量为50-70％，氧化铝的质量含量为20-30％，总量为100％。2.根据权利要求1所述的氧化锰催化剂，其特质在于，所述氧化锰为活性组分，所述氧化镍和氧化铝为载体。3.根据权利要求2所述的氧化锰催化剂，其特质在于，所述活性组分以氧化物的形式存在，载体以复合氧化物的形式存在。4.根据权利要求1-3任意一项所述的氧化锰催化剂，其特征在于，所述氧化锰颗粒粒径尺寸为5～200nm。5.一种氧化锰催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备锰改性的Ni...

【专利技术属性】
技术研发人员：关超阳，郎嘉良，
申请(专利权)人：北京氦舶科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11