本发明专利技术公开了一种用于VOCs脱除的高熵氧化物催化剂和应用，所述催化剂由碱土金属氧化物、第一过渡金属氧化物、第二过渡金属氧化物、稀土金属氧化物、载体氧化物，采用3D打印法制备而成。本发明专利技术催化剂具有发达的孔隙结构，有效增加了比表面积和孔体积；具有优异的热稳定性，不易烧结、不易积碳且低温催化性能良好；低温催化氧化活性好，极大提升了VOCs的催化氧化性能。本发明专利技术通过3D打印法制备催化剂，无需机械加工或任何模具可制造出传统生产技术无法制造出的形状，能简化整个生产流程，极大地缩短产品的制备周期，提高生产率、降低生产成本。降低生产成本。
【技术实现步骤摘要】
用于VOCs脱除的高熵氧化物催化剂和应用
[0001]本专利技术属于催化
，具体涉及一种用于VOCs脱除的高熵氧化物催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]挥发性有机化合物(VOCs)主要包括烃类、卤代烃、含氧的醇、酮、酯以及一些含氮、含硫类有机化合物。化工生产、油漆干燥、食品加工、原油提炼、金属脱脂、纸质制造、纺织业等过程都会排放大量的VOCs。
[0003]大多数VOCs具有令人不适的特殊气味，并具有毒性、刺激性、致畸性和致癌作用，特别是苯、甲苯、甲醛等对人体健康会造成很大的伤害。多数VOCs易燃易爆、不安全，在阳光照射下与大气中的氮氧化合物、碳氢化合物及氧化剂发生光化学反应，生成光化学烟雾，危害人体健康和作物生长，并可破坏臭氧层。
[0004]目前处理VOCs的技术主要分为回收处理和销毁处理，回收处理主要包括吸附法、吸收法、膜分离法等。销毁处理主要包括生物降解法、焚烧法、光催化法、等离子法、催化氧化法等。其中，吸收法面临着吸收VOCs后的溶剂处置问题，只适合于低浓度的VOCs尾气净化，且吸附剂需要频繁再生，在一定程度上也制约了其进一步使用；膜分离法受限于它的窄污染物浓度范围且其易被污染、稳定性差、能耗高、运行维护费用较高；光催化法虽然可以不受温度影响而完全催化氧化VOCs，但其受限于激发光波长、次生污染物、耗时等原因而未能得到大规模的实际应用。VOCs的催化氧化是具有应用前景的技术，然而目前所使用的催化剂多为贵金属催化剂，它们具有价格昂贵、反应温度高、高温易烧结、易积碳等缺点，这些限制了其推广应用。
技术实现思路
[0005]为解决上述VOCs脱除催化剂价格昂贵、高温易烧结、易积碳等问题，本专利技术提供一种能显著降低催化剂成本、不易烧结、不易积碳且低温催化性能好的高熵氧化物催化剂，并为该催化剂提供一种应用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的高熵氧化物催化剂由碱土金属氧化物、第一过渡金属氧化物、第二过渡金属氧化物、稀土金属氧化物、载体氧化物按质量比为5～10：15～20：20～30：10～15：25～40制备而成。
[0007]上述碱土金属氧化物为氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡中任意一种。
[0008]上述第一过渡金属氧化物为五氧化二钒、三氧化二铬、二氧化锰、五氧化二铌、三氧化钼、氧化钽、二氧化钨、七氧化二铼、四氧化锇中任意一种。
[0009]上述第二过渡金属氧化物为三氧化二铁、四氧化三钴、氧化镍、氧化铜、氧化锌中任意一种。
[0010]上述稀土金属氧化物为三氧化二镧、二氧化铈、三氧化二钪、三氧化二钇中任意一种。
[0011]上述载体氧化物为三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中任意一种。
[0012]本专利技术高熵氧化物催化剂的制备步骤如下：
[0013](1)将碱土金属氧化物、第一过渡金属氧化物与溶剂A混合，放入球磨机中球磨0.5～4h，得到第一浆料；碱土金属氧化物与第一过渡金属氧化物的总质量与溶剂A的质量比为1：0.3～0.5；
[0014](2)将第二过渡金属氧化物与溶剂B混合，放入球磨机中球磨0.5～4h，得到第二浆料；第二过渡金属氧化物与溶剂B的质量比为1：0.5～0.8；
[0015](3)将稀土金属氧化物、载体氧化物与溶剂C混合，放入球磨机中球磨0.5～4h，得到第三浆料；碱土金属氧化物与第一过渡金属氧化物的总重量和溶剂C的质量比为1：0.8～1.0；
[0016](4)将第一浆料、第二浆料、第三浆料放入捏合机，加入三种浆料总质量0.2％～2.0％的分散剂，充分捏合0.5～2h，得到3D打印物料；
[0017](5)将3D打印物料装入3D凝胶打印机的料筒中，将所需要打印的制品形状导入计算机控制系统进行打印，打印所选用的喷嘴直径为0.1～1.0mm，料浆经过喷嘴时的粘度为14～32Pa
·
s，打印层高为0.08～0.80mm，挤出速率为50～200mm3/min，打印速度为5～10mm/s，每完成一层打印，喷雾装置向打印表面喷洒一层雾状引发剂和固化剂实现边打印边固化；将打印得到的坯体在30～50℃下真空干燥8～24h，将经过干燥的坯体在氮气气氛下150～400℃脱脂2～10h，然后在空气气氛中150～400℃进行烧结，烧结时间为1～6h，降温后得到高熵氧化物催化剂。
[0018]上述溶剂A为苯、甲苯、二甲苯中任意一种。
[0019]上述溶剂B为乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇中任意一种。
[0020]上述溶剂C为硝酸水溶液、醋酸水溶液中任意一种，且溶剂C中硝酸或醋酸的质量浓度为0.5％～5.0％。
[0021]上述分散剂为油酸、月桂酸、柠檬酸、苹果酸、没食子酸中任意一种。
[0022]上述第一浆料、第二浆料、第三浆料的粒度均小于300μm。
[0023]上述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁基酯、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯中任意一种。
[0024]上述固化剂为乙烯基三胺、二氨基环己烷、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、二丙烯三胺、二乙胺基丙胺、三甲基六亚甲基二胺、二已基三胺、已二胺、三甲基已二胺、二乙胺中任意一种。
[0025]本专利技术高熵氧化物催化剂的比表面积为100～400m2/g、孔容为0.3～0.8m3/g、孔径为3～20nm。
[0026]本专利技术高熵氧化物催化剂可用于脱除VOCs。
[0027]本专利技术高熵氧化物催化剂中，碱土金属氧化物可提高催化剂的电子云密度，为催化反应提供更多活性位点，参与催化氧化反应，从而增加体系的催化氧化能力；第一过渡金属氧化物对酸性气体具有较好的吸附作用，可以在一定程度上提升催化剂的催化活性，同时可提升催化剂的比表面积，有效分散活性氧化物组分并降低其颗粒团聚；第二过渡金属氧化物是可替代贵金属去实现低温催化氧化VOCs的潜在催化剂，第二过渡金属氧化物中的
过渡金属由于具有较多可构成氧化还原体系的变价金属，可极大强化其对VOCs的吸附能力；稀土金属氧化物由于具有较好的亲氧性，催化过程中可以增加催化剂对氧的捕捉效果，可有效促进催化剂中活性氧的迁移转化，提高催化剂催化氧化VOCs的能力，起到助催化剂的作用；常规载体氧化物能够增加催化剂中其他金属氧化物的分散性和强化其对VOCs的吸附能力。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0029]1.本专利技术催化剂具有发达的孔隙结构，有效增加了高熵氧化物的比表面积和孔体积；具有优异的热稳定性，不易烧结、不易积碳且低温催化性能良好；低温催化氧化活性好，极大提升了VOCs的催化氧化性能。
[0030]2.本专利技术通过3D打印法制备高熵氧化物催化剂，3D打印法无需机械加工或任何模具可以制造出传统生产技术无法制造出的形状，以改进催化剂空间结构，并使催化剂具有发达的孔隙结构，可有效增加高熵氧化物的比表面本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于VOCs脱除的高熵氧化物催化剂，其特征在于：所述催化剂由碱土金属氧化物、第一过渡金属氧化物、第二过渡金属氧化物、稀土金属氧化物、载体氧化物按质量比为5～10：15～20：20～30：10～15：25～40制备而成；所述碱土金属氧化物为氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡中任意一种；所述第一过渡金属氧化物为五氧化二钒、三氧化二铬、二氧化锰、五氧化二铌、三氧化钼、氧化钽、二氧化钨、七氧化二铼、四氧化锇中任意一种；所述第二过渡金属氧化物为三氧化二铁、四氧化三钴、氧化镍、氧化铜、氧化锌中任意一种；所述稀土金属氧化物为三氧化二镧、二氧化铈、三氧化二钪、三氧化二钇中任意一种；所述载体氧化物为三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中任意一种；所述催化剂的制备步骤如下：(1)将碱土金属氧化物、第一过渡金属氧化物与溶剂A混合，放入球磨机中球磨0.5～4h，得到第一浆料；碱土金属氧化物与第一过渡金属氧化物的总质量与溶剂A的质量比为1：0.3～0.5；(2)将第二过渡金属氧化物与溶剂B混合，放入球磨机中球磨0.5～4h，得到第二浆料；第二过渡金属氧化物与溶剂B的质量比为1：0.5～0.8；(3)将稀土金属氧化物、载体氧化物与溶剂C混合，放入球磨机中球磨0.5～4h，得到第三浆料；碱土金属氧化物与第一过渡金属氧化物的总重量和溶剂C的质量比为1：0.8～1.0；(4)将第一浆料、第二浆料、第三浆料放入捏合机，加入三种浆料总质量0.2％～2.0％的分散剂，充分捏合0.5～2h，得到3D打印物料；(5)将3D打印物料装入3D凝胶打印机的料筒中，将所需要打印的制品形状导入计算机控制系统进行打印，打印所选用的喷嘴直径为0.1～1.0mm，料浆经过喷嘴时的粘度为14～32Pa
·
s，打印层高为0.08～0.80mm，挤出速率为50～200mm3/min，打印速度为5～10mm/s，每完成一层打印，喷雾装置向打印表面喷洒一层雾状引发剂和...
【专利技术属性】
技术研发人员：高立国，王强，刘岩，宋小利，高平强，许云华，
申请(专利权)人：榆林学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。