一种抗高温老化的掺镧球形氧化锰催化剂及其制备制造技术

本发明专利技术公开了一种抗老化性能良好的掺镧球形氧化锰催化剂及其制备。采用共沉淀法制备了球形碳酸镧锰前驱体，其中La和Mn的摩尔比为0

【技术实现步骤摘要】
一种抗高温老化的掺镧球形氧化锰催化剂及其制备


[0001]本专利技术属于环境净化材料及其应用于挥发性有机物治理领域 ，特别针对老化烧结问题的抗烧结掺镧氧化锰催化剂。

技术介绍

[0002]挥发性有机物是一种常见的大气污染物，来源广泛，如石油化工，交通运输，垃圾焚烧等在内的工业排放。它不仅会威胁人体健康，还能在光照下发生二次转化，是光化学烟雾等的重要前体。因此选择合理高效的VOCs减排技术是VOCs污染治理中的关键。
[0003]催化燃烧技术是在治理VOCs污染中的有效手段，通过催化剂降低传统蓄热式燃烧所需要的极高温度，具有低成本，高效，无二次污染等优势 (Jung Eun Lee, Yong Sik Ok, Young
‑
Kwon Park. Recent advances in volatile organic compounds abatement by catalysis and catalytic hybrid process: A critical review[J] . Science of Total Environment, 2020, 719, 127405.)。而催化燃烧技术中的关键就是选择低成本，高效，热稳定的催化剂。目前在实际工业VOCs污染治理中，大多采用催化性能优异的贵金属催化剂。但贵金属资源稀缺，且大量使用导致价格飞速上涨，因此以氧化锰为代表的过渡金属氧化物在近年来受到广泛关注。目前运用氧化锰处理VOCs的基础研究充分，但大多集中在新鲜样品对VOCs的催化性能比较。在实际工业应用中，除了活性，催化剂的寿命是需要重点关注的问题，氧化锰在长时间热工况下使用结构易崩塌，且高温时还易发生转晶 (Takuya Hatakeyama, Norihiko L. Okamoto, Tetsu Ichitsubo. Thermal stability of MnO2 polymorphs[J] . Journal of Solid State Chemistry, 2022, 305, 122683.)，性能会急剧下降，此问题严重限制了氧锰基VOCs催化剂在实际环保工程中的运用。因此，开发一种低成本，且低温活性与抗老化烧结性能兼顾的锰基催化剂是实现廉价锰基环保材料实际应用的关键。为维持催化剂的高活性，减缓烧结，科研工作者采用了各种方法。
[0004]中国专利CN112156786A开发了一种高热稳定性的甲烷催化剂，首先利用高温高压搅拌釜合成稳定的骨架结构，再通过浸渍的方法在载体表面形成稳定的活性中心，最后在催化物相的表面包裹一层氧化铝外壳；中国专利CN106540751A利用孔径约0.6nm的锆基金属有机骨架限制分子直径约1.2nm的磷钨酸分子，使其难以脱落，易于回收；此类技术方法均通过高热稳定的骨架结构来抑制热不稳定活性组分的烧结，但骨架的制备常涉及高温高压或是有机原料，使得原料和设备的投资提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决氧化锰催化剂热稳定性差，现有提高烧结抗性的策略成本高的问题。本专利技术提供了一种抗高温老化的球形掺镧氧化锰催化剂及其制备工艺，该催化剂不仅初始低温性能优异，且在老化后性能保持良好，制备简单，可用于实际的挥发性有机物的催化燃烧处理装备。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：一种抗高温老化的球形掺镧氧化锰催化剂制备工艺，包括如下步骤：(1)按照锰源和镧源的摩尔比称取，并将其溶于水中配成溶液；(2)将无水乙醇加入到锰源和镧源配置的溶液中，以碳酸氢铵溶液为沉淀剂，直接倒入混合均匀，搅拌下老化时间不低于3h；(3)所得沉淀悬浊液过滤，并用去离子水洗涤至检测最后一次的滤液为中性；(4)所得滤饼在干燥后在马弗炉中450℃焙烧5h，得到黑色的La
y
MnO
x
粉末。
[0007]进一步地，步骤（1）中的锰源选自硝酸锰，硫酸锰，氯化锰，乙酸锰中的任意一种或几种。
[0008]进一步地，步骤（1）中的镧源选自硝酸镧，硫酸镧，氯化镧，乙酸镧中的任意一种或几种。
[0009]进一步地，步骤（1）中配料时，La和Mn的摩尔比优选0.01~0.1，进一步优选为0.05。
[0010]进一步地，步骤（1）中配料时，无水乙醇的量为10
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100ml。
[0011]进一步地，步骤（2）中的碳酸盐选自碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵的任意一种或几种，溶液的浓度为0.5~2mol/L，进一步优选为1.2mol/L。
[0012]进一步地，步骤（2）中的老化温度为20
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50℃，进一步优选为25℃。
[0013]进一步地，步骤（4）中的干燥温条件为50~100℃下3~10h。
[0014]进一步地，步骤（4）中的焙烧条件为450
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550℃下2~5h，进一步优选为450℃。
[0015]本专利技术与现有技术相比，具有如下的突出实质性特点：1. 本专利技术方法所制备的催化剂不仅具有良好的初始低温苯催化氧化活性，同时具有出色的抗老化能力即高温老化后保持更优性能，有利于延长在VOCs燃烧设备中的使用寿命；2. 本专利技术提供了一种原料易得，成本低廉，制备简单，使用寿命长且具良好活性的催化剂制备方法，适合于VOCs催化燃烧法减排的工业应用。
附图说明
[0016]图1为实施例1和对比例1新鲜和老化样品的苯催化氧化性能图，图2为实施例1和对比例1新鲜和老化样品的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
[0017]下面通过实例对本专利技术进一步描述，本实例只用于对本专利技术进一步说明，但本专利技术不局限于以下实例。
[0018]实施例1：称取20mmol的硝酸锰（50wt%）和1mmol的六水硝酸镧溶于100ml的去离子水中，溶解后加入30ml的无水乙醇并搅拌。称取60mmol的碳酸氢铵溶于50ml的水中，充分溶解后直接加入但上述的混合溶液中。在室温下搅拌老化3h后过滤，去离子水洗涤，干燥。先马弗炉中以5℃升温速率至450℃煅烧5h，得到新鲜的球形掺镧氧化锰粉末。取一半样品在马弗炉中以750℃老化100h得到老化后的球形掺镧氧化锰粉末。
[0019]实施例2：
称取20mmol的硫酸锰和1mmol的六水硝酸镧溶于100ml的去离子水中，溶解后加入30ml的无水乙醇并搅拌。称取60mmol的碳酸氢铵溶于50ml的水中，充分溶解后直接加入但上述的混合溶液中。在室温下搅拌老化3h后过滤，去离子水洗涤，干燥。先马弗炉中以5℃升温速率至450℃煅烧5h，得到新鲜的球形掺镧氧化锰粉末。取一半样品在马弗炉中以750℃老化100h得到老化后的球形掺镧氧化锰粉末。
[0020]实施例3：称取20mmol的氯化锰和1mmol的六水硝酸镧溶于100ml的去离子水中，溶解后加入30ml的无水乙醇并搅拌。称取60mmol的碳酸氢铵溶于50ml的水中，充分溶解后直接加入但上述的混合溶液中。在室温下搅拌老化3h后过滤，去离子水洗涤，干本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗高温老化的掺镧球形氧化锰催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）按照锰源和镧源的摩尔比称取，并将其溶于水中配成溶液；（2）将无水乙醇加入到锰源和镧源配置的溶液中，以碳酸类溶液为沉淀剂，直接倒入混合均匀，搅拌下老化时间不低于3h；（3）所得沉淀悬浊液过滤，并用去离子水洗涤至检测最后一次的滤液为中性；（4）所得滤饼在干燥后在马弗炉中400
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550℃焙烧2~5h，得到黑色的La
y
MnO
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粉末。2.根据权利要求1所述抗高温老化的掺镧球形氧化锰催化剂，其特征在于，步骤（1）中的镧锰摩尔比为0
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0.1。3.根据权利要求1所述抗高温老化的掺镧球形氧化锰催化剂，其特征在于，步骤（1）中锰源为硝酸镧，硫酸镧，氯化镧，乙酸镧的任意一种或几种；镧源为硝酸镧，硫酸镧，氯化镧，乙酸镧中的任意一种或几种。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐文翔，张驰，曹艺嘉，唐盛伟，欧阳先，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：