一种三维花瓣状γ-MnO2催化剂和制备方法及其在催化燃烧甲苯中的应用技术

本发明专利技术公开了一种三维花瓣状γ

【技术实现步骤摘要】
一种三维花瓣状
γ
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MnO2催化剂和制备方法及其在催化燃烧甲苯中的应用


[0001]本专利技术涉及催化剂领域，尤其涉及一种三维花瓣状γ
‑
MnO2催化剂和制备方法及其在催化燃烧甲苯中的应用。

技术介绍

[0002]挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOCs)，主要包括脂肪烃类、芳香烃类、卤代烃类、含氮有机化合物以及含硫有机化合物等，其中，甲苯是室内外空气中最典型的一种VOCs。大量VOCs排放至大气环境中，容易导致光化学烟雾、臭氧层空洞，从而危害地球生态环境和人类身体健康。近年来，针对VOCs的源头减排及尾气净化，受到全球各国业界的广泛关注。
[0003]在各种VOCs的治理技术中，催化燃烧法作为一种高效的尾气净化技术，目前愈发受到我国环保部门及相关行业的重视，其中，低成本、稳定的催化剂是催化燃烧法的关键。贵金属资源稀缺、价格昂贵，且在高温下易烧结，难以满足进一步的工业化应用。过渡金属氧化物(Fe2O3、Co3O4和MnO2等等)因其具有成本低、热稳定性好、氧化还原能力强等特点，在催化燃烧VOCs中展现出良好的催化性能，目前受到业界的广泛关注。
[0004]MnO2作为一种VOCs燃烧催化剂，其良好的催化活性及稳定性引起了广大科研工作者的关注。MnO2具有多种晶型，包括δ、α、γ和β等等，其中，具有丰富结构缺陷的γ
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MnO2被认为是一种催化燃烧VOCs性能良好的材料。三维结构的纳米材料(海胆状、球状和花状等等)，因其表面具有较多的活性位以及在高温下不易发生烧结等优点，在催化燃烧VOCs中表现出较高的活性与稳定性。因此，制备具有三维花瓣状结构的γ
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MnO2纳米材料，有望进一步提高MnO2的催化燃烧VOCs性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种三维花瓣状γ
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MnO2催化剂和制备方法及其在催化燃烧甲苯中的应用，通过歧化反应制备三维花瓣状γ
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MnO2催化剂，制备步骤简单，重复性好，产品形貌佳，可以提高MnO2的催化燃烧VOCs性能。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术目的之一提供了一种三维花瓣状γ
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MnO2催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将锰盐和醇类有机溶剂溶解于去离子水中，通入CO2气体，接着在室温下继续进行沉淀反应，将所得产物离心、洗涤、干燥，然后将干燥粉末在空气氛围中焙烧，即可得到前驱体Mn2O3微球；
[0008]S2、分别将前驱体Mn2O3微球和乙二胺四乙酸钠加入去离子水中，搅拌均匀后加热，待反应完全后，将所得产物离心、洗涤、干燥，即可得到三维花瓣状γ
‑
MnO2催化剂。
[0009]通过采用上述方案，本申请将CO2通入含有锰盐的溶液，所形成的碳酸根会与Mn
2+
发生沉淀反应，生成大量MnCO3纳米晶；由于MnCO3纳米晶具有较高的表面能，会通过自组装
的方式团聚成更大尺寸的MnCO3颗粒，同时在这个过程中醇类有机溶剂会吸附在MnCO3纳米晶表面，从而诱导MnCO3纳米晶自组装形成MnCO3微球。步骤2中由于乙二胺四乙酸钠溶液具有一定的酸性，使Mn2O3微球发生歧化反应，从而转化为γ
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MnO2；其次，乙二胺四乙酸钠具有强鳌合的作用，它通过与中间产物表面的锰离子配位，可以直接影响γ
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MnO2晶面的生长方向，导致γ
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MnO2具有二维片状的形貌特点，并最终生成花瓣状的γ
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MnO2。该制备方法简单、重复性好，产物形貌均一，可以实现大规模的工业化生产。
[0010]作为优选方案，在S1中，所述锰盐的加入量为2～10mmol，所述去离子水的体积为100～200mL，所述异丙醇为1～5mL。
[0011]作为优选方案，在S1中，所述锰盐为乙酸锰或硫酸锰，所述醇类有机溶剂为异丙醇、正丙醇、乙醇、正丁醇中的一种。
[0012]作为优选方案，在S1中，所述CO2气体的流量为3～6mL/min，所述CO2通入持续时间为15min。
[0013]作为优选方案，在步骤S1中，所述室温反应时间为3～5h。
[0014]作为优选方案，在S1中，所述焙烧温度为500～700℃，所述焙烧时间为3～ 6h。
[0015]作为优选方案，在S2中，所述前驱体Mn2O3微球用量为0.5～1.5g，所述乙二胺四乙酸钠的用量为50～100mg，所述去离子水的体积为100～200mL。
[0016]作为优选方案，步骤S2中，所述加热反应温度为40～60℃，所述的加热时间为1～4h。
[0017]为了解决上述技术问题，本专利技术目的之二提供了一种三维花瓣状γ
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MnO2催化剂，采用上述一种三维花瓣状γ
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MnO2催化剂的制备方法制备得到。
[0018]为了解决上述技术问题，本专利技术目的之三提供了一种三维花瓣状γ
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MnO2催化剂在催化燃烧甲苯中的应用。
[0019]通过采用上述方案，本申请获得的三维花瓣状γ
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MnO2催化剂，具有较高密度的表面活性位，从而有利于气体分子在其表面的吸附、扩散及脱附。而且，三维花瓣状形貌可以避免高温催化反应过程的烧结现象，在甲苯燃烧催化过程中稳定保持较高的催化效率。
[0020]作为优选方案，所述催化燃烧甲苯的反应温度为220℃
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260℃，每1000ppm 甲苯添加0.1g所述三维花瓣状γ
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MnO2催化剂。
[0021]相比于现有技术，本专利技术实施例具有如下有益效果：
[0022](1)本申请以Mn2O3微球作为前驱体，在酸性条件下，利用歧化反应制备三维花瓣状γ
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MnO2催化剂，该制备方法简单、重复性好，产物形貌均一，容易实现工业化。
[0023](2)在MnCO3微球制备过程中，本申请将CO2通入含有锰盐的溶液，沉淀反应，生成大量MnCO3纳米晶，异丙醇诱导MnCO3纳米晶通过自组装的方式团聚成形成MnCO3微球，形成的微球轮廓完整，粒径相对较为均一。
[0024](3)本申请制备的三维花瓣状γ
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MnO2催化剂，具有较高密度的表面活性位，从而有利于气体分子在其表面的吸附、扩散及脱附，同时三维花瓣状形貌可以避免高温催化反应过程的烧结现象，在催化燃烧甲苯反应中表现出良好的催化燃烧性能。
附图说明
[0025]图1
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为本专利技术实施例一中一种三维花瓣状γ
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MnO2催化剂步骤(2)获得前驱体
Mn2O3微球的X射线衍射图；
[0026]图2
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为本专利技术实施例一中一种三维花瓣状γ
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MnO2催化剂步骤(2)获得前驱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维花瓣状γ
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MnO2催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将锰盐和醇类有机溶剂溶解于去离子水中，通入CO2气体，接着在室温下继续进行沉淀反应，将所得产物离心、洗涤、干燥，然后将干燥粉末在空气氛围中焙烧，即可得到前驱体Mn2O3微球；S2、分别将前驱体Mn2O3微球和乙二胺四乙酸钠加入去离子水中，搅拌均匀后加热，待反应完全后，将所得产物离心、洗涤、干燥，即可得到三维花瓣状γ
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MnO2催化剂。2.根据权利要求1所述的一种三维花瓣状γ
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MnO2催化剂的制备方法，其特征在于，在S1中，所述锰盐的加入量为2～10mmol，所述去离子水的体积为100～200mL，所述异丙醇为1～5mL。3.根据权利要求1所述的一种三维花瓣状γ
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MnO2催化剂的制备方法，其特征在于，在S1中，所述锰盐为乙酸锰或硫酸锰，所述醇类有机溶剂为异丙醇、正丙醇、乙醇和正丁醇中的一种。4.根据权利要求1所述的一种三维花瓣状γ
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MnO2催化剂的制备方法，其特征在于，在S1中，所述CO2气体的流量为3～6mL/min，CO2通入持续时间为15min。5.根据权利要求1所述的一种三维花瓣状γ
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MnO2催化剂的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：程高，黄清霞，凌伟钊，钟远红，孙明，余林，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：