一种铜锰复合催化剂及制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种铜锰复合催化剂及制备方法与应用，将表面活性剂与去离子水混合，搅拌均匀，形成混合液A；将锰盐与铜盐加入溶液A中，搅拌均匀，形成溶液B；将沉淀剂加入溶液B中，搅拌均匀，然后进行水热反应，得到固体，将固体煅烧，得到铜锰复合催化剂。本发明专利技术制备的催化剂有规则的微观形貌，很高的活性、稳定性以及良好的氮气选择性，并且制备工艺简单、原料价格低廉。低廉。低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种铜锰复合催化剂及制备方法与应用


[0001]本专利技术属于大气污染治理
，具体涉及一种铜锰复合催化剂及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)是一类具有较高的饱和蒸气压和较低水溶解度，易燃有毒的有机化合物。目前来说主要有烷烃、芳香烃类、烯烃类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其它化合物等8类。随着我国城市化和工业化进程发展，VOCs成为继颗粒物(PM)、SO2、NO
x
后危害环境的又一类主要大气污染物。VOCs的来源丰富，可分为自然源和人为源，自然源主要来自于植被排放、森林火灾、野生动物排放等，非人为可控范围；人为源又分为移动源和固定源移动源主要是来自机动车、轮船、飞机等的排放，固定源又分为生活源和工业源，生活源主要来自建筑装饰、油烟排放、服装干洗等，工业中涉及的行业较多而且在生产过程、储运过程、使用过程以及在工艺过程中均产生VOCs。
[0003]含氮挥发性有机物(NVOCs)是挥发性有机化合物(VOCs)的主要成分之一，并且涉及石油化工、染料、制药、塑料、皮革等行业。因此，含氮挥发性有机物来源非常广泛。这些含氮有机化合物通常以蒸汽的形式被人体吸入，或者通过皮肤接触进入人体，对人体具有较大的毒害性，可能引起癌症及其它严重疾病。因此，严格控制NVOCs的排放就显得尤为重要。
[0004]目前用于催化氧化NVOCs的催化剂有贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂、稀土复合氧化物催化剂等。优异的催化效果以及低廉的价格使得过渡金属氧化物在众多类型的催化剂中脱颖而出。对于NVOCs的处理，最理想状态是将氮元素全部转化为N2，以避免NO
x
造成二次污染。但是，实际上反应过程中很难避免NO
x
的产生，并且NO
x
浓度往往随着反应温度的升高而增大。所以高活性，高氮气选择性的过渡金属催化剂具有广阔的应用前景。
[0005]目前广泛应用的过渡金属氧化物对于正丁胺的催化氧化效果不是很理想，大多使用的是单一的金属物种，完全反应温度较高(＞300℃)，且反应过程中伴随着大量的氮氧化物的生成，氮气选择性较差，不仅浪费资源，还造成了环境破坏。

技术实现思路

[0006]为克服上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种铜锰复合催化剂及制备方法和应用，该方法制备的催化剂催化活性好，氮气选择性高，该材料可以投入工业烟气中NVOCs去除的使用。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种铜锰复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0009]将表面活性剂与去离子水混合，搅拌均匀，形成混合液A；
[0010]将锰盐与铜盐加入溶液A中，搅拌均匀，形成溶液B；
[0011]将沉淀剂加入溶液B中，搅拌均匀，然后进行水热反应，得到固体，将固体煅烧，得到铜锰复合催化剂。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，锰盐为一水硫酸锰。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，铜盐为三水硝酸铜或硫酸铜，沉淀剂为尿素或氨水。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，铜盐与锰盐的物质的量的比为1：(0.33～9)。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，表面活性剂与沉淀剂的物质的量的比为1：20，表面活性剂的物质的量与铜盐和锰盐总的物质的量的比为1：10。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，所述搅拌均是在60
‑
65℃下进行。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，水热反应的温度为180
‑
220℃，时间为20
‑
24h。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，焙烧的温度为450
‑
500℃，时间为4
‑
5h。
[0019]一种根据如上所述方法制得的铜锰复合催化剂，该催化剂的比表面积为11.452～30.695m2·
g
‑1，总孔容积为0.152～0.271cm3·
g
‑1，单点平均孔半径为12.61～26.51nm。
[0020]一种根据如上所述方法制得的铜锰复合催化剂在含氮挥发性有机物催化氧化领域中的应用。
[0021]本专利技术进一步的改进在于，氮气流量为2mL/min，氮气经过质量流量计通入35℃水浴内的正丁胺发生瓶，产生的正丁胺与空气依次进入100℃的一级、二级预混装置，充分混合后通入催化反应器进行反应，反应条件是从140℃开始升温，每升温20℃保温1小时，然后继续升温，一直持续升温到300℃，正丁胺被催化氧化；其中，空气流量为200mL/min。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：本专利技术在制备过程中加入表面活性剂CTAB，以改善催化剂的微观结构。将两种不同作用的过渡金属(具有良好的催化氧化活性、具有强的氮气选择性)结合用于NVOCs的催化氧化，得到的复合催化剂将兼具两种元素的优良特性，在具有较好的催化活性的同时兼具理想的氮气选择性。与其他制备方法相比，此方法不仅合成所需时间短，而且设备要求简单，节约了时间和能源。与此同时原料价格低廉，样品具有规则的微观结构、超高的活性、良好的稳定性以及出色的氮气选择性，对工业NVOCs的催化降解有较高的参考和研究价值。
附图说明
[0023]图1为本专利技术中实施例1
‑
6的N2吸脱附曲线；
[0024]图2为本专利技术中实施例1
‑
6的孔径分布图；
[0025]图3为本专利技术中实施例1
‑
6的X射线衍射(XRD)谱图；
[0026]图4为本专利技术中实施例1
‑
6的拉曼(Raman)图谱；
[0027]图5为本专利技术中实施例1
‑
6的Cu
x
Mn1‑
x
上正丁胺催化测试曲线；
[0028]图6为本专利技术中实施例1
‑
6的正丁胺在Cu
x
Mn1‑
x
上反应过程中NH3的选择性；
[0029]图7为本专利技术中实施例1
‑
6的正丁胺在Cu
x
Mn1‑
x
上反应过程中N2O的选择性；
[0030]图8为本专利技术中实施例1
‑
6的正丁胺在Cu
x
Mn1‑
x
上反应过程中的NO的选择性；
[0031]图9为本专利技术中实施例1
‑
6的正丁胺在Cu
x
Mn1‑
x
上反应过程中NO2的选择性；
[0032]图10为本专利技术中实施例1
‑
6的正丁胺在Cu
x
Mn1‑
x
上反应过程中N2的选择性。
[0033]图11为本专利技术的催化剂应用时采用的装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜锰复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将表面活性剂与去离子水混合，搅拌均匀，形成混合液A；将锰盐与铜盐加入溶液A中，搅拌均匀，形成溶液B；将沉淀剂加入溶液B中，搅拌均匀，然后进行水热反应，得到固体，将固体煅烧，得到铜锰复合催化剂。2.根据权利要求1所述的一种铜锰复合催化剂的制备方法，其特征在于，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、P123或F127，锰盐为一水硫酸锰。3.根据权利要求1所述的一种铜锰复合催化剂的制备方法，其特征在于，铜盐为三水硝酸铜或硫酸铜，沉淀剂为尿素或氨水。4.根据权利要求1所述的一种铜锰复合催化剂的制备方法，其特征在于，铜盐与锰盐的物质的量的比为1：(0.33～9)。5.根据权利要求1所述的一种铜锰复合催化剂的制备方法，其特征在于，表面活性剂与沉淀剂的物质的量的比为1：20，表面活性剂的物质的量与铜盐和锰盐总的物质的量的比为1：10。6.根据权利要求1所述的一种铜锰复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：何炽，刘起源，马牧笛，许峻维，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：