一种基于过渡金属改性的锰基复合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基于过渡金属改性的锰基复合催化剂及其制备方法和应用。所述方法包括：(1)将络合剂溶液加入到锰盐和过渡金属硝酸盐的混合溶液中，调节体系pH，搅拌均匀，室温陈化，得到沉淀物，洗涤，干燥，得到前驱体；(2)将前驱体煅烧得到基于过渡金属改性的锰基复合催化剂。本发明专利技术使用不同过渡金属掺杂锰基催化剂，首次应用在降解室温低浓度甲醛(～1ppm)上，且其去除活性较好，克服了现有催化剂无法低温去除催化剂或低温催化活性差的问题，满足去除室内低浓度甲醛的要求。去除室内低浓度甲醛的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于过渡金属改性的锰基复合催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化领域的材料制备
，具体涉及一种基于过渡金属改性的锰基复合催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着人们生活水平的提高，居室装修日益盛行，且人们一天大多时间都是在室内中度过，故室内空气质量尤为重要。甲醛作为室内装修的污染物，常从建筑家具、装饰材料和家用产品中释放出来。当人体长期处于充满甲醛的环境中，即使是在低浓度的条件下，甲醛气体也会对人体的免疫系统和神经系统带来极大的威胁，会诱发皮炎、水肿、头疼、支气管等疾病，更为严重的会引起癌症。因此，如何去除室内低浓度甲醛、净化室内空气对于提高人民健康水平和推动我国发展具有重大的应用价值。
[0003]目前，室内甲醛去除技术主要有吸附法、光催化降解、等离子体降解、催化氧化法等。室温催化氧化法被认为是最具有发展前景的方法，可以将甲醛彻底氧化为二氧化碳和水，不会产生二次污染。中国专利申请CN 105797741 A公开了一种铜掺杂型二氧化锰催化剂及其制备方法，利用水热反应得到铜掺杂型二氧化锰复合材料，在室温下对120ppm甲醛进行有效催化降解；中国专利CN101497042B公开了一种空气中甲醛低温催化氧化消除催化剂的制备方法，该催化剂以氧化锰为载体，贵金属铂为活性组分，稀土氧化物为活性助剂组成，能够在室温下将220ppm完全氧化为二氧化碳和水。该催化剂中用到多种添加剂和助剂，都只是简单混合而并没有达到化学键水平的掺杂，且其使用的贵金属因成本高而难以应用于工业生产中。Zhu等人研究了Ce
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MnO2低温下甲醛氧化活性，发现其在100℃可以将甲醛完全转化为CO2和H2O，而在室温下表现出53％的甲醛去除率。
[0004]上述专利所专利技术的催化剂对甲醛氧化具有较好的催化活性和稳定性，但是它们在甲醛去除测试中的甲醛初始浓度在几十甚至几百个ppm之间，并未涉及实际室内生活环境中的低浓度甲醛的去除。同时目前制备锰基复合催化剂的方法通常使用溶胶凝胶法，固相法，水热法，共沉淀法等，共沉淀法所合成的材料具有产物形貌均一、成本低廉等特点，且易于实现工业化量产。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种基于过渡金属改性的锰基复合催化剂的制备方法。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供上述方法制得的一种基于过渡金属改性的锰基复合催化剂。
[0007]所述复合材料不含贵金属，且使用的锰氧化物催化剂由于原料易得、高活性、低毒性、低成本等优势成为贵金属催化材料的替代物。过渡金属(铈、钴、铜)掺杂锰氧化物可有效改善其氧化还原特性，且在室温下能将室内污染物低浓度甲醛转化为无害的二氧化碳和
水，价格便宜，无需提供额外能力即可完成室内甲醛的消除。同时制备催化剂工艺简单，金属氧化物分散性良好，提供大量的氧空位缺陷位点，利于甲醛的去除，适用于人造板生产车间、居室、建材家居市场、汽车等封闭或半封闭空间的甲醛污染的消除。
[0008]本专利技术的再一目的在于提供上述一种基于过渡金属改性的锰基复合催化剂在去除甲醛中的应用。
[0009]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0010]一种基于过渡金属改性的锰基复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)将络合剂溶液加入到锰盐和过渡金属硝酸盐的混合溶液中，调节体系pH，搅拌均匀，室温陈化，得到沉淀物，洗涤，干燥，得到前驱体；
[0012](2)将前驱体煅烧得到基于过渡金属改性的锰基复合催化剂；
[0013]步骤(1)中络合剂为草酸铵、碳酸钠和碳酸氢钠中的至少一种；锰盐为硫酸锰、硝酸锰和乙酸锰中的至少一种；过渡金属硝酸盐为硝酸铈和硝酸钴中的至少一种。
[0014]优选地，步骤(1)所述络合剂为碳酸钠和碳酸氢钠中的至少一种；锰盐为硫酸锰和硝酸锰中的至少一种。
[0015]更优选地，步骤(1)所述络合剂为碳酸钠；锰盐为硫酸锰；过渡金属硝酸盐为硝酸铈。
[0016]优选地，步骤(1)中锰盐和过渡金属硝酸盐的摩尔比为10～30：2～20，更优选为15～17.5：2.5～5，更进一步优选为15～16.7：3.3～5；最优选为3：1；所述锰盐和络合剂的摩尔比为10～30：18～30，更优选为15～17.5：24，更进一步优选为15～16.7：24。
[0017]优选地，步骤(1)所述络合剂溶液的浓度为0.18～0.3mol/L，更优选为0.24mol/L；所述锰盐和过渡金属硝酸盐的混合溶液中，锰盐的浓度为0.15～0.175mol/L，最优选为0.15～0.167mol/L，过渡金属硝酸盐的浓度为0.025～0.05mol/L，最优选为0.033～0.05mol/L。
[0018]优选地，步骤(1)所述络合剂溶液以及锰盐和过渡金属硝酸盐的混合溶液，溶剂均为水或水与乙醇的混合液，其中水与乙醇的体积比为1～3：0～3，0的情况即是溶剂为水；更优选为水。
[0019]优选地，步骤(1)所述调节体系pH为8～10；更优选为9。
[0020]优选地，步骤(1)所述搅拌均匀的时间为10～50min；更优选为15min。
[0021]优选地，步骤(1)所述室温陈化的时间为3～6h；更优选为4h。
[0022]优选地，步骤(1)所述洗涤指用去离子水和无水乙醇清洗重复洗涤3～8次，所述干燥的温度为60～100℃，时间为6～18h。
[0023]优选地，步骤(2)所述煅烧的温度为300～600℃，更优选为400℃，时间为2～8h，更优选为5h。
[0024]优选地，步骤(2)所述煅烧的气氛为空气、氮气或氦气，更优选为空气。
[0025]优选地，步骤(2)所述基于过渡金属改性的锰基复合催化剂还可以进行研磨和过筛处理获得小粒径催化剂。
[0026]上述方法制得的一种基于过渡金属改性的锰基复合催化剂。
[0027]上述一种基于过渡金属改性的锰基复合催化剂在去除甲醛中的应用。
[0028]更优选为室温去除甲醛中的应用。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：
[0030](1)本专利技术所述用于室温去除甲醛的催化剂的制备过程采用共沉淀法，其制备过程简单，具有形貌均一等特点，有利于过渡金属元素高度分散并在催化剂表面形成结构缺陷和表面氧空位，改善室温甲醛催化活性；同时使用的过渡金属元素(铈、钴)成本低，活性高，易于工业化量产。
[0031](2)本专利技术的过渡金属掺杂锰基催化剂，对比了三种不同的过渡金属在室温(25℃)下去除低浓度甲醛的活性，发现使用Ce和Co改性催化剂相较未掺杂MnO
X
明显增强了甲醛的催化活性，而Cu反之降低了其活性。
[0032](3)本专利技术使用三种不同过渡金属掺杂锰基催化剂，首次应用在降解室温低浓度甲醛(～1ppm)上，且其去除活性较好，克服现有催化剂无法低温去除催化剂或低温催化活性差的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于过渡金属改性的锰基复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将络合剂溶液加入到锰盐和过渡金属硝酸盐的混合溶液中，调节体系pH，搅拌均匀，室温陈化，得到沉淀物，洗涤，干燥，得到前驱体；(2)将前驱体煅烧得到基于过渡金属改性的锰基复合催化剂；步骤(1)中络合剂为草酸铵、碳酸钠和碳酸氢钠中的至少一种；锰盐为硫酸锰、硝酸锰和乙酸锰中的至少一种；过渡金属硝酸盐为硝酸铈和硝酸钴中的至少一种。2.根据权利要求1所述一种基于过渡金属改性的锰基复合催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述络合剂为碳酸钠和碳酸氢钠中的至少一种；锰盐为硫酸锰和硝酸锰中的至少一种。3.根据权利要求2所述一种基于过渡金属改性的锰基复合催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述络合剂为碳酸钠；锰盐为硫酸锰；过渡金属硝酸盐为硝酸铈。4.根据权利要求1所述一种基于过渡金属改性的锰基复合催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中锰盐和过渡金属硝酸盐的摩尔比为10～30：2～20，所述锰盐和络合剂的摩尔比为10～30：18～30。5.根据权利要求4所述一种基于过渡金属改性的锰基复合催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中锰盐和过渡金属硝酸盐的摩尔比为15～17.5：2.5～5，所述锰盐和络合剂的摩尔比为15～17.5：...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖凯军，龚胜，银玉容，
申请(专利权)人：广东华凯明信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：