一种Ce掺杂钠锰复合氧化物催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种Ce掺杂钠锰复合氧化物(n％Ce‑Na

【技术实现步骤摘要】
一种Ce掺杂钠锰复合氧化物催化剂及其制备方法和应用
本专利技术公开涉及催化剂材料制备
，尤其涉及一种Ce掺杂钠锰复合氧化物催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
炭烟颗粒(PM)作为柴油机发动机排放的主要污染物对环境和人类健康造成了严重的危害。炭烟颗粒不仅能吸附多种有机污染物、重金属元素和一些致癌物质等，而且其粒径小于2.5μm极易被吸入体内引发多种肺部疾病；同时，炭烟颗粒也是城市雾霾的重要来源，因而受到人们的广泛关注，其中，柴油机尾气排放后处理技术是去除炭烟颗粒的最为有效方式之一(Appl.Catal.B:Environ.2018,239,10)。但是，目前报道的用于柴油机尾气排放后处理技术的催化剂存在低温活性差、成本偏高、稳定性有待进一步提高等问题。因此，研发高活性的催化剂是推广柴油机尾气排放后处理技术使用的重要因素，开展高效低成本炭烟颗粒催化剂的研发具有重要的科学意义和应用价值。研究表明，通过提高催化剂的本征活性可以有效地提高催化剂的催化活性。近年来，多种低成本的氧化物型催化材料被广泛地应用到催化炭烟颗粒的燃烧中，如钙钛矿氧化物催化剂，Ce基氧化物催化剂和Mn基氧化物催化剂等(ACSAppl.Mater.Interfaces.2017,9,32652；J.Mater.Chem.A.2017,5,20696)，其中，层状锰基氧化物催化剂具有氧化还原能力强、催化效率高、价格低廉等优点，更重要的是，其层间物种的多样性对催化剂的催化活性起到重要作用。因此，研发一种制备方法简单，具有层状锰基氧化物催化剂是非常有意义的。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术公开提供了一种Ce掺杂钠锰复合氧化物催化剂及其制备方法和应用，补充了现有技术中应用于柴油机尾气中炭烟颗粒的催化燃烧的催化剂应用，在用于催化炭烟颗粒的燃烧中并表现出较高的催化活性及稳定性。本专利技术提供了一种Ce掺杂钠锰复合氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1：制备前驱体溶液，其中所述前驱体溶液包括50％硝酸锰水溶液、硝酸钠、六水合硝酸铈及葡萄糖；步骤2：将所述前驱体溶液依次经过烘干、煅烧后得到Ce掺杂钠锰复合氧化物催化剂。优选的，所述步骤1制备前驱体溶液具体包括如下步骤：按化学计量比称取50％硝酸锰水溶液、硝酸钠、六水合硝酸铈溶解于水中，待溶解完全后将葡萄糖放入上述溶液中，再将其置于搅拌器上搅拌混匀，搅拌后得到前驱体溶液，其中搅拌时间为1-4h。进一步优选的，所述按化学计量比，其中，50％硝酸锰水溶液的用量为0.1-5g；硝酸钠的用量为0.05-2g；六水合硝酸铈的用量为0-5g；水的用量为10-50mL；葡萄糖的用量为0.5-10g。优选的，步骤2中所述烘干条件为：温度60-90℃，时间12-24h。进一步优选的，步骤2中煅烧采用马弗炉，温度为450-950℃，煅烧时间2-10h。进一步优选的，所述煅烧时马弗炉以1-10℃/min以下的升温速率升温至450-950℃。本专利技术还提供了一种Ce掺杂钠锰复合氧化物催化剂，分子式为n％Ce-Na2Mn3O7，由钠、锰、铈和氧组成。优选的，该催化剂中Na：Mn：O的摩尔比为2:3:7，n的值为0.05-50。最后，本专利技术还提供了一种Ce掺杂钠锰复合氧化物催化剂在柴油机尾气中炭烟颗粒的催化燃烧反应中的应用。从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：本专利技术选择利用成本低廉的硝酸锰水溶液、硝酸钠为金属前驱体，以葡萄糖为络合剂，通过溶解-混合-干燥-煅烧制备出层状钠锰复合氧化物Na2Mn3O7催化剂。本专利技术提供的制备方法具有制备工艺简单、实用性强、容易实现规模化生产的优点。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术的公开。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术公开实施例1和2制备的Na2Mn3O7和n％Ce-Na2Mn3O7催化剂的XRD衍射图；图2为本专利技术公开实施例1制备的Na2Mn3O7催化剂的SEM照片；图3为本专利技术公开实施例2制备的n％Ce-Na2Mn3O7催化剂的SEM照片。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的例子。目前，类似的催化剂材料极少被应用于柴油机尾气中炭烟颗粒的催化燃烧，本专利技术将制备的Ce掺杂钠锰复合氧化物催化剂用于催化炭烟颗粒的燃烧中并表现出较高的催化活性及稳定性。本专利技术提供的制备方法具有制备工艺简单、实用性强、容易实现规模化生产的优点。本专利技术选择利用成本低廉的硝酸锰水溶液、硝酸钠为金属前驱体，以葡萄糖为络合剂，通过溶解-混合-干燥-煅烧制备出层状钠锰复合氧化物Na2Mn3O7催化剂。本专利技术提供了一种Ce掺杂钠锰复合氧化物催化剂的制备方法，该方法以成本低廉的50％硝酸锰水溶液、硝酸钠和六水合硝酸铈为金属前驱体，以葡萄糖作为络合剂，通过溶解-混合-干燥-煅烧制备得到催化剂材料，该方法具有制备工艺简单、原料易得、成本低、实用性强、容易实现规模化生产的优点。该方法的以50％硝酸锰水溶液、硝酸钠、六水合硝酸铈和葡萄糖作为原料来制备该系列钠锰氧化物催化剂并将其作为催化剂催化燃烧柴油机尾气中的炭烟颗粒物。其步骤如下：按化学计量比称取一定量的50％硝酸锰水溶液、硝酸钠和六水合硝酸铈溶解于定量的水中，待溶解完全后将定量的葡萄糖放入上述溶液中，再将其置于搅拌器上搅拌混匀，其中，搅拌时间为1-4h，50％硝酸锰水溶液的用量为0.1-5g；硝酸钠的用量为0.05-2g；六水合硝酸铈的用量为0-5g；水的用量为10-50mL；葡萄糖的用量为0.5-10g。搅拌后得到的前驱体溶液置于60-90℃烘箱中烘干12-24h，将烘干后的样品置于马弗炉中450-950℃煅烧2-10h后得到Ce掺杂钠锰复合氧化物(n％Ce-Na2Mn3O7)催化剂材料。为进一步提高这种层状氧化锰Na2Mn3O7催化剂的催化活性，本专利技术将Ce引入Na2Mn3O7催化剂中，由于Ce的价态可以+3价和+4价变换，因而氧化铈具有强的储放氧能力。当尾气中含氧量大时,氧化铈由Ce2O3向CeO2转变，将尾气中的氧气存储起来；当尾气中氧气不足时，由CeO2向Ce2O3转变，氧气又可以释放出来，从而提高了催化剂的催化性能。依据上述方法所制备的Ce掺杂钠锰复合氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ce掺杂钠锰复合氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：制备前驱体溶液，其中所述前驱体溶液包括50％硝酸锰水溶液、硝酸钠、六水合硝酸铈及葡萄糖；/n步骤2：将所述前驱体溶液依次经过烘干、煅烧后得到Ce掺杂钠锰复合氧化物催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种Ce掺杂钠锰复合氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：制备前驱体溶液，其中所述前驱体溶液包括50％硝酸锰水溶液、硝酸钠、六水合硝酸铈及葡萄糖；
步骤2：将所述前驱体溶液依次经过烘干、煅烧后得到Ce掺杂钠锰复合氧化物催化剂。


2.根据权利要求1所述的一种Ce掺杂钠锰复合氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1制备前驱体溶液具体包括如下步骤：按化学计量比称取50％硝酸锰水溶液、硝酸钠、六水合硝酸铈溶解于水中，待溶解完全后将葡萄糖放入上述溶液中，再将其置于搅拌器上搅拌混匀，搅拌后得到前驱体溶液，其中搅拌时间为1-4h。


3.根据权利要求2所述的一种Ce掺杂钠锰复合氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述按化学计量比，其中，50％硝酸锰水溶液的用量为0.1-5g；硝酸钠的用量为0.05-2g；六水合硝酸铈的用量为0-5g；水的用量为10-50mL；葡萄糖的用量为0.5-10g。


4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：于学华，赵震，于迪，彭超，范晓强，王斓懿，王瑞丹，史建军，
申请(专利权)人：沈阳师范大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21