一种利用冷冻干燥法制备纳米二氧化锰催化剂的方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米二氧化锰催化剂的制备方法及应用。该催化剂的制备方法包括首先制备聚乙烯醇和高锰酸盐的混合溶液，然后向混合溶液中匀速滴加二价锰盐溶液进行反应得到溶胶，然后利用真空冷冻干燥技术去除溶胶中的水，得到聚乙烯醇和二氧化锰混合的黑色泡沫状固体，最后对固体进行煅烧，得到产物纳米二氧化锰粉末。该工艺的制备流程简单，原料易得，可用作催化臭氧氧化的催化剂，该催化剂催化活性高，可用于工业废气和室内空气挥发性有机物的催化臭氧氧化。催化臭氧氧化。

【技术实现步骤摘要】
一种利用冷冻干燥法制备纳米二氧化锰催化剂的方法


[0001]本专利技术涉及环境无机纳米材料和环境治理
，具体涉及一种可用于催化臭氧氧化挥发性有机物的催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]挥发性有机化合物（VOCs）是一类常见的大气污染物，VOCs废气的排放会引起健康、环境、生产安全等一系列问题。因此，探索VOCs的净化处理方法，减少VOCs的排放有利于改善大气环境质量、保护生态环境和保障人体健康，也是社会经济可持续发展的迫切需求。
[0003]在废气处理领域，催化臭氧氧化是一种处理VOCs的有效方法，如CN201510377785.9公开了一种用于催化臭氧氧化VOCs的催化剂，该催化剂由含锰、锡、铈和锑的金属复合氧化物组成，催化剂制备成本低，催化活性较高。此外，CN201810389568.5也公开了一种用于催化臭氧氧化VOCs的催化剂，该催化剂由三氧化二铝载体及金属复合氧化物构成，比表面积大，稳定性好。
[0004]CN201410323516.X公开了一种多孔二氧化锰的制备方法，多孔二氧化锰为海绵状立体多孔结构；CN201410472977.3公开了一种高锰酸盐和乙二醇在水热条件下制备出棒状的碱式氧化锰，再进行煅烧制备出了纳米棒状的锰氧化物，以上专利制备出了结构各异的二氧化锰，但是制作方法较为复杂。普通的二氧化锰颗粒尺寸较大，比表面积较小，而纳米二氧化锰的颗粒较细，在很多领域应用良好。本专利技术利用真空冷冻干燥法制备纳米二氧化锰催化剂可应用于VOCs的催化臭氧氧化。真空冷冻干燥技术就是把含有大量水分的物质，预先进行降温冻结成固体，然后在真空的条件下使水蒸汽直接从固体中升华出来，在获得干燥制品的同时，物质本身结构不被破坏的技术。此制备方法制备的纳米二氧化锰比表面积较大，化学稳定性好，可催化臭氧氧化VOCs，并将其降解为H2O和CO2，多余的臭氧可被催化分解为氧气，不会造成二次污染。

技术实现思路

[0005]本专利技术公开了一种利用冷冻干燥法制备纳米二氧化锰催化剂的制备方法，该催化剂旨在提高臭氧对VOCs的深度氧化，进而将VOCs降解为CO2和H2O等无害物质。
[0006]本专利技术所述纳米二氧化锰的制备方法包括下述步骤：（1）将聚乙烯醇与去离子水以一定的质量比混合，加热搅拌得到聚乙烯醇的水溶液；（2）向步骤（1）所述的聚乙烯醇水溶液中加入一定质量的高锰酸盐，得到聚乙烯醇和高锰酸盐的混合溶液；（3）配制二价锰盐溶液，并将二价锰盐溶液匀速滴加至步骤（2）所述的聚乙烯醇和高锰酸盐的混合溶液中反应得到溶胶；（4）将步骤（3）所述的溶胶进行充分预冻后放入真空冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得到聚乙烯醇和二氧化锰混合的黑色泡沫状固体；（5）将步骤（4）所述的固体煅烧后即可得到纳米氧化锰粉末。
[0007]所述制备方法步骤（1）中，聚乙烯醇和水的质量比为0.1%~10%。
[0008]所述制备方法步骤（2）中，高锰酸盐溶液为高锰酸钾溶液、高锰酸钠溶液中的一种或两种混合物，聚乙烯醇和高锰酸盐的质量比为4:1~1:2。
[0009]所述制备方法步骤（3）中，二价锰盐溶液为氯化锰溶液、硫酸锰溶液、硝酸锰溶液、乙酸锰溶液中的一种或多种混合物，二价锰盐溶液浓度为0.01~0.6mol/L。
[0010]所述制备方法中的步骤（4）中，干燥工艺为真空冷冻干燥技术。
[0011]所述制备方法中的步骤（5）中，煅烧温度为200~600℃，煅烧时间为4~10小时。
具体实施方式
[0012]以下通过具体事例对专利技术所述冷冻干燥法制备纳米二氧化锰催化剂和催化臭氧氧化VOCs的应用做进一步说明。
[0013]实施例1：称取6g聚乙烯醇与烧杯中加入100ml纯水，然后将烧杯放入70℃水浴加热锅中加热搅拌30min，得到澄清透明的聚乙烯醇水溶液。将3.16g高锰酸钾固体添加到冷却至室温的聚乙烯醇溶液中，形成聚乙烯醇和高锰酸钾的混合溶液。称取10.74g质量分数为50% 的硝酸锰溶液定容至100ml容量瓶中配制0.3mol/L的硝酸锰溶液。利用蠕动泵将100ml的硝酸锰溶液匀速滴加至聚乙烯醇和高锰酸钾的混合溶液中形成溶胶，将其在低温下进行充分预冻，然后置于冷阱温度为-50℃，工作压强为10帕的冻干机中冷冻干燥12小时，得到聚乙烯醇和二氧化锰的黑色泡沫状固体。将固体放入马弗炉中，在400℃下煅烧4小时后即可得到纳米二氧化锰粉末。催化剂性能评价：催化剂的体积为0.7mL，气体流量为125ml/min，甲苯的入口浓度为60mg/m3，臭氧的入口浓度为1000 mg/m3，测得甲苯去除率为97%，二氧化碳选择性为60%，出口有臭氧检出，降解臭氧的效率为98%，运行40小时，催化剂性能稳定。
[0014]实施例2：称取7g聚乙烯醇与烧杯中加入100ml纯水，然后将烧杯放入70℃水浴加热锅中加热搅拌30min，得到澄清透明的聚乙烯醇水溶液。将3.16g高锰酸钾固体添加到冷却至室温的聚乙烯醇溶液中，形成聚乙烯醇和高锰酸钾的混合溶液。称取4.53g无水硫酸锰固体溶于纯水配制100ml 0.3 mol/L硫酸锰溶液。利用蠕动泵将100ml的硫酸锰溶液匀速滴加至聚乙烯醇和高锰酸钾的混合溶液中形成溶胶，将其在低温下进行充分预冻，然后置于冷阱温度为-50℃，工作压强为10帕的冻干机中冷冻干燥12小时，得到聚乙烯醇和二氧化锰的黑色泡沫状固体。将固体放入马弗炉中，在300℃下煅烧4小时后即可得到纳米二氧化锰粉末。催化剂性能评价：催化剂的体积为0.7mL，气体流量为125ml/min，甲苯的入口浓度为60mg/m3，臭氧的入口浓度为1000 mg/m3，测得甲苯净化率为94%，二氧化碳选择性为63%，出口有臭氧检出，降解臭氧的效率为97%，运行40小时，催化剂性能稳定。
[0015]实施例3：称取8g聚乙烯醇与烧杯中加入100ml纯水，然后将烧杯放入70℃水浴加热锅中加热搅拌30min，得到澄清透明的聚乙烯醇水溶液。将3.16g高锰酸钾固体添加到冷却至室温的聚乙烯醇溶液中，形成聚乙烯醇和高锰酸钾的混合溶液。称取3.78g无水氯化锰固体溶于纯水配制100ml 0.3 mol/L氯化锰溶液。利用蠕动泵将100ml的氯化锰溶液匀速滴加至聚乙烯醇和高锰酸钾的混合溶液中形成溶胶，将其在低温下进行充分预冻，然后置于冷阱温度为-50℃，工作压强为10帕的冻干机中冷冻干燥12小时，得到聚乙烯醇和二氧化锰的黑色泡沫状固体。将固体放入马弗炉中，在300℃下煅烧4小时后即可得到纳米二氧化锰
粉末。催化剂性能评价：催化剂的体积为0.7mL，气体流量为125ml/min，甲苯的入口浓度为60mg/m3，臭氧的入口浓度为1000 mg/m3，测得甲苯净化率为92%，二氧化碳选择性为65%，出口有臭氧检出，降解臭氧的效率为95%，运行40小时，催化剂性能稳定。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用冷冻干燥法制备纳米二氧化锰催化剂的方法，该方法包括以下步骤：将聚乙烯醇与去离子水以一定的质量比混合，加热搅拌得到聚乙烯醇的水溶液；向步骤（1）所述的聚乙烯醇水溶液中加入一定质量的高锰酸盐，得到聚乙烯醇和高锰酸盐的混合溶液；配制二价锰盐溶液，并将二价锰盐溶液匀速滴加至步骤（2）所述的聚乙烯醇和高锰酸盐混合溶液中反应得到溶胶；将步骤（3）所述的溶胶进行充分预冻后放入真空冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得到聚乙烯醇和二氧化锰混合的黑色泡沫状固体；将步骤（4）所述的固体煅烧后即可得到纳米氧化锰粉末。2.根据权利要求1所述的催化剂制备方法，其特征在于，步骤（1）中聚乙烯醇和水的质量比为0.1%~...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐仲均，袁悦，秦志远，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：