一种Mn掺杂的Co基催化剂、其制备方法以及应用技术

本发明专利技术公开了一种Mn掺杂的Co基催化剂、其制备方法及应用。本发明专利技术方法向氧化镁溶液中加入合适比例的钴盐和锰盐，搅拌1

【技术实现步骤摘要】
一种Mn掺杂的Co基催化剂、其制备方法以及应用
[0001]

[0002]本专利技术属于催化剂
，具体涉及一种Mn掺杂的Co基催化剂、其制备方法以及应用。

技术介绍

[0003]柴油发动机因其高效耐用的内燃动力机而被广泛的使用，但是柴油机排放的碳烟是一种典型的颗粒物，是城市大气PM2.5的主要来源之一，与大气能见度和人体健康都有十分紧密的联系。因此，对消除柴油车排放的碳烟颗粒的研究对当前环境的保护具有十分重要的意义。
[0004]碳烟颗粒的催化燃烧是一个深度氧化反应，因此选择和设计具有高氧化还原能力的催化剂是制备高活性碳烟颗粒燃烧催化的首要条件。此外，碳烟颗粒的催化燃烧反应是典型的固（碳烟）
‑
固（催化剂）
‑
气（O2）多相复杂的催化反应，因此，高活性碳烟氧化催化剂不仅应具有强氧化还原能力这一本征活性，还应具有良好的与碳烟接触的能力这一外在条件。传统的体相催化剂几乎没有形貌，与碳烟的接触面积是有限的，限制了催化剂活性位点的有效利用。因此，改善催化剂与碳烟的接触面积对提高对碳烟的催化活性是重要的。但是目前对催化剂形貌的设计与制备都是十分复杂的，产率也是较低的。如赵震自主研发的利用气膜辅助还原法制备了一系列三维有序大孔介孔形貌的催化剂（CN104475086A、CN104607179A、CN104607179B、CN104475086B），该形貌所拥有的独特孔径有利于碳烟颗粒进入催化剂的内部孔径，降低了物质的扩散阻力，为物质的扩散提供最佳流速及更高的效率。但是具有此独特形貌结构的催化剂的制备步骤是复杂的。此外，常见的增加催化剂接触面积的方法还有酸刻蚀和加入表面活性剂以及其他的方法。酸刻蚀主要是利用酸溶解结构单元上的金属离子，使其表面不再平滑，从而提高催化剂的接触面积。表面活性剂可以增加催化剂的比表面积并使得所制备的样品形貌更加均匀一致，并且刻蚀的时间和加入的药品量都是变化的。因此，需要设计一种新型催化剂，并且创新一种操作简单产率较高并能适合广泛使用的催化剂制备方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种Mn掺杂的Co基催化剂，同时提供该催化剂的制备方法及其应用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种Mn掺杂的Co基催化剂制备方法，包括以下步骤：向氧化镁溶液中加入金属盐，搅拌1
‑
2h后得沉淀物，洗涤使沉淀物PH值到6.5
‑
7.5；在60
‑
80℃下烘干10
‑
15h，然后以1
‑
5℃/min的升温速率升至在500
‑
600℃，在500
‑
600℃下煅烧1
‑
3h，即得Mn掺杂的Co基催化剂。所述Mn掺杂的Co基催化剂可以简写为Mn
x
Co
y
，x和
y为Mn和Co的摩尔比值；所述氧化镁与金属盐的摩尔比为1∶（1
‑
2），所述金属盐由钴盐和锰组成，钴盐和锰盐的摩尔比为（1
‑
3）∶1。
[0007]优选的，在Mn掺杂的Co基催化剂混合物制备过程中，在60℃下烘干12h，然后以2℃/min的升温速率升至在50℃，在500℃下煅烧2h，此时Mn掺杂的Co基催化剂混合物的粒度最均匀，效果最好。
[0008]优选的，在60℃下烘干10
‑
15h后进行研磨得到固体粉末，再进行煅烧，本领域技术人员可以根据需求调整固体粉末的颗粒度。
[0009]优选的，所述氧化镁溶液通过以下步骤制得：将四水乙酸镁溶液和无水碳酸钠溶液混合搅拌10
‑
15min形成氢氧化镁沉淀；洗涤使其PH值到6.5
‑
7.5；接着氢氧化镁沉淀在60
‑
80℃下烘干10
‑
15h并在以1
‑
5℃/min的升温速率升至500
‑
600℃，在500
‑
600℃下煅烧2
‑
3h形成氧化镁固体，将氧化镁固体溶解得到氧化镁溶液。
[0010]优选的，在氧化镁制备过程中，氢氧化镁沉淀在60℃下烘干12h并在以2℃/min的升温速率升至500℃，在500℃下煅烧2h形成氧化镁固体。
[0011]优选的，所述洗涤为用水和乙醇进行抽滤或离心洗涤，所述用水次数为2
‑
3次，乙醇次数为1
‑
2次。优选的，所述四水乙酸镁溶液和无水碳酸钠溶液的质量比为1:1，浓度比为1:（3
‑
5）。更进一步的，浓度比为1:4。
[0012]优选的，所述Mn掺杂的Co基催化剂的孔径为20
‑
40nm，孔径分布均匀，可以有效提高催化剂与碳烟的接触面积来提高催化剂活性。
[0013]一种Mn掺杂的Co基催化剂，按照上述任意一种制备方法制得。
[0014]一种Mn掺杂的Co基催化剂在碳烟颗粒物的催化燃烧中应用，优选的，所述碳烟颗粒物为柴油车所排放的碳烟颗粒。所述碳烟颗粒物与Mn掺杂的Co基催化剂混合物的质量比为1∶（10
‑
12）。
[0015]本专利技术Mn掺杂的Co基催化剂是通过以氧化镁为模板来制备的，其中活性物质为过渡金属氧化物，其中Co为主相，Mn为掺杂相。过渡态的金属Co和Mn由于具有多价性，而使其具有较高的氧化还原能力，其对碳烟的催化活性得到了显著提高，有效改善了催化剂的本征活性，最终使其碳烟颗粒的燃烧温度降低到柴油车的排气温度范围内。
[0016]本专利技术Mn掺杂的Co基催化剂的制备方法，通过氧化镁模板使其实操作更加简便高效、成功率高，而活性组分所使用的Co和Mn过渡金属价格低廉，提高对碳烟催化活性的同时，有效的控制了催化剂的制备成本，使得本方法在成本和操作方面都具有较高优势，并具有实际应用的潜力。此外通过本专利技术所制备的多孔纳米片催化剂，极大地提高了碳烟与催化剂的接触面积，使催化剂的活性面积得到了有效利用。最终本专利技术通过活性组分和接触效率两个方面极大地改善了催化剂的催化活性。本专利技术的实施用于对柴油车排放的碳烟颗粒物的净化，对大气环境的保护和人体健康都具有巨大的进步意义。
附图说明
[0017]图1为本专利技术氧化镁的SEM图；图2为本专利技术Mn掺杂的Co基催化剂的SEM图；图3为本专利技术Mn掺杂的Co基催化剂的XRD图。
具体实施方式
[0018]下面结合实施例对本专利技术做进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。
[0019]实施例1采用共沉淀法制备氧化镁模板将8.58g四水乙酸镁和4.24g无水碳酸钠分别溶于400ml和100ml去离子水中形成水溶液，其浓度比为1:4，然后将碳酸钠溶液一下倒入到乙酸镁溶液中混合并进行搅拌10min得到氢氧化镁沉淀，氢氧化镁沉淀一次离心后，加水两次、乙醇一次再离心洗涤，使其PH为7，最后在60℃下烘干12h并在以2℃ /min本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Mn掺杂的Co基催化剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：向氧化镁溶液中加入金属盐，搅拌1
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2h后得沉淀物，洗涤使沉淀物PH值为6.5
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7.5；在60
‑
80℃下烘干10
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15h，然后以1
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5℃/min的升温速率升至在500
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600℃，在500
‑
600℃下煅烧1
‑
3h，即得Mn掺杂的Co基催化剂；所述氧化镁与金属盐的摩尔比为1∶（1
‑
2），所述金属盐由钴盐和锰组成，钴盐和锰盐的摩尔比为（1
‑
3）∶1。2.根据权利要求1所述的一种Mn掺杂的Co基催化剂制备方法，其特征在于，在60
‑
80℃下烘干10
‑
15h后进行研磨得到固体粉末，再进行煅烧。3.根据权利要求1所述的一种Mn掺杂的Co基催化剂制备方法，其特征在于，所述氧化镁溶液通过以下步骤制得：将四水乙酸镁溶液和无水碳酸钠溶液混合搅拌10
‑
15min形成氢氧化镁沉淀；氢氧化镁沉淀依次经过洗涤使其PH值为6.5
‑
7.5；接着沉淀物质在60
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80℃下烘干10
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15h后，在以1...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔冰，胡苗苗，周坤，赵婷怡，冯嘉欣，马雪，王孟卓，赵铭钦，邵志晖，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：