用于CO氧化的氧化物修饰的铜锰尖晶石催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于CO氧化的氧化物修饰的铜锰尖晶石催化剂及其制备方法；把硝酸铜、硝酸锰、柠檬酸、乙二醇混合配置成溶液；将配置的溶液在60～90℃水浴锅中搅拌至形成溶胶，得到中间产物；将中间产物转移至恒温干燥箱中干燥，得到干燥后的产物；将得到的产物在马弗炉中250～350℃焙烧，然后在450～750℃焙烧，得到催化剂CuO

【技术实现步骤摘要】
用于CO氧化的氧化物修饰的铜锰尖晶石催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种具有协同效应的铜锰基CO氧化催化剂及其制备方法，具体为一种紧密接触的氧化物修饰的Cu
1.5
Mn
1.5
O4尖晶石复合型催化剂及其制备与其对CO氧化的协同催化的应用，属于金属氧化物催化剂的应用领域。

技术介绍

[0002]一氧化碳(CO)是一种无色、无味、易燃、易爆并且对人体血液和神经有害的毒性气体，其密度与空气接近，易传播，沸点为
‑
191.5℃，熔点为
‑
205.02℃。人类难以检测CO且CO中毒后较难察觉，导致人易于忽略而中毒。CO属于剧毒气体，其与人体血红蛋白的结合能力约为O2的210倍，在较低的浓度下即可阻碍血红蛋白对O2的输送。当CO的含量达到0.32％时，10分钟内人体就会头痛、恶心、呕吐；当CO的含量达到1.28％时，1
‑
3分钟内就会致人死亡。大气中分布最广、数量最多的污染物就是CO，任何一种不完全燃烧过程中都可能产生一氧化碳。经济进一步发展，机动车越来越多，工业生产活动越来越多，全球每年排放的一氧化碳高达几亿吨，控制CO排放的问题亟待解决。
[0003]物理吸附法和化学转化法是常见的CO消除方法。物理吸附法一般用大比表的多孔物质(如活性炭等)为主，通过材料对的物理吸附，降低气氛中的含量。基于现有的材料吸附效率不高，因此，物理吸附法在实际应用中存在很大的局限性。化学转化法主要包括催化还原和催化氧化法。催化还原法由于技术原因和经济原因不适用于低浓度脱除CO。催化氧化法是利用催化剂实现低温下CO和O2的结合转化为无毒的CO2。此方法更为高效、经济，广泛应用于机动车尾气净化、CO2激光器气体纯化、防毒面具净化装置、卷烟烟气降害、室内空气环境以及密闭空间作业(潜艇、航天器、地下工事、矿下救生艇、地下车库)等领域。因此，设计合成新材料，研究开发低成本又高效的催化剂对于去除CO具有深远的意义。
[0004]已被报道的用于CO氧化的催化剂主要有贵金属催化剂和非贵金属催化剂两大类。贵金属主要有Pt、Au、Pd、Ru等，资源稀缺限制了贵金属催化剂的广泛应用。非贵金属催化剂的研究主要集中在呈现混合价态的CuO
x
、MnO
x
、FeO
x
、CoO
x
、CeO
x
上，近年来众多科研工作者想从这些过渡族金属氧化物中寻求低成本和稳定性好的催化剂，铜锰基氧化物催化剂由于相对较高的活性和低廉的价格使其得到了越来越多的关注。
[0005]铜锰基氧化物催化剂包括CuO
x
和MnO
x
氧化物及其混合物和尖晶石型铜锰复合氧化物催化剂。在众多铜锰基氧化物催化剂中，尖晶石型铜锰复合氧化物即Cu
x
Mn3‑
x
O4具有较突出的CO氧化活性和稳定性。尖晶石型复合氧化物的结构通式是AB2O4，为面心立方结构，A常为二价金属阳离子，是正四面体中心，B为三价金属阳离子，是正八面体中心。下标代表A、B、O原子的原子比。这种结构易产生晶格缺陷，形成氧空位，从而形成氧化反应催化剂的活性中心位。尖晶石型化合物的性质主要取决于阳离子在四面体/八面体位置的类型、电荷和分布。一般用Cu
x
Mn3‑
x
O4来代表尖晶石型铜锰复合氧化物，其中CuMn2O4是化学计量化合物，Cu
1.5
Mn
1.5
O4是富铜型尖晶石，非化学计量比化合物Cu
1.5
Mn
1.5
O4具有更多和氧空位有关的晶格缺陷。但是目前单一的Cu
1.5
Mn
1.5
O4制备过程繁琐，不利于大规模工业生产，
[0006]由于Cu
1.5
Mn
1.5
O4、CuO
x
、MnO
x
对CO氧化都有一定的催化作用，因此针对上述问题，将氧化物和Cu
1.5
Mn
1.5
O4结合起来，既能解决Cu
1.5
Mn
1.5
O4制备过程繁琐的问题，又可能实现通过协同催化提高活性。因此，本专利技术探究出的紧密接触的氧化物修饰的Cu
1.5
Mn
1.5
O4催化剂体系具有重要的应用价值。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对上述技术问题，提供一种用于CO氧化的氧化物修饰的铜锰尖晶石催化剂及其制备方法；特别是氧化物修饰的Cu
1.5
Mn
1.5
O4尖晶石复合型催化剂及制备方法和应用。CuO、Mn3O4修饰的Cu
1.5
Mn
1.5
O4催化剂在CO氧化反应中具有协同催化作用，具有较好的活性。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]用于CO氧化的氧化物修饰的铜锰尖晶石催化剂；包括一种CuO修饰的Cu1.5Mn1.5O4尖晶石复合型催化剂，结构式为CuO
‑
Cu
1.5
Mn
1.5
O4；还包括Mn3O4修饰的Cu
1.5
Mn
1.5
O4尖晶石复合型催化剂，结构式为Mn3O4‑
Cu
1.5
Mn
1.5
O4。
[0010]所制得的催化剂中，助剂CuO、Mn3O4起修饰作用，CuO和Cu
1.5
Mn
1.5
O4紧密接触，Mn3O4和Cu
1.5
Mn
1.5
O4紧密接触。
[0011]一种用于CO氧化的氧化物修饰的铜锰尖晶石催化剂的制备方法，包括步骤如下：
[0012](1)把硝酸铜、硝酸锰、柠檬酸、乙二醇混合配置成溶液；
[0013](2)将步骤(1)配置的溶液在60～90℃水浴锅中搅拌至形成溶胶，得到中间产物；
[0014](3)将步骤(2)得到的中间产物转移至恒温干燥箱中干燥，得到干燥后的产物；
[0015](4)将步骤(3)得到的产物在马弗炉中250～350℃焙烧，然后在450～750℃焙烧，得到催化剂CuO
‑
Cu
1.5
Mn
1.5
O4、Mn3O4‑
Cu
1.5
Mn
1.5
O4，具有尖晶石型复合氧化物结构。
[0016]所述步骤(3)中间产物转移至恒温干燥箱中100～150℃干燥6～24h。
[0017]所述步骤(4)在马弗炉中250～350℃焙烧1～3h；在450～750℃焙烧4～6h。
[0018]优选催化剂CuO
‑
Cu
1.5
Mn
1.5
O4、Mn3O4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于CO氧化的氧化物修饰的铜锰尖晶石催化剂；其特征是包括CuO或Mn3O4修饰的Cu
1.5
Mn
1.5
O4尖晶石复合型催化剂，结构式为CuO
‑
Cu
1.5
Mn
1.5
O4或Mn3O4‑
Cu
1.5
Mn
1.5
O4。2.用于CO氧化的氧化物修饰的铜锰尖晶石催化剂的制备方法，其特征是包括步骤如下：(1)将硝酸铜、硝酸锰、柠檬酸、乙二醇混合配置成溶液；(2)将步骤(1)配置的溶液在60～90℃水浴锅中搅拌至形成溶胶，得到中间产物；(3)将步骤(2)得到的中间产物转移至恒温干燥箱中干燥，得到干燥后的产物；(4)将步骤(3)得到的产物在马弗炉中250～350℃焙烧，然后在450～750℃焙烧，得到具有尖晶石型复合氧化物结构。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘源，孙若琳，张斯然，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：