一种铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂及制备方法技术

本发明专利技术公开一种铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂及制备方法，利用球磨的方法将不同物质的量比例的Mn

【技术实现步骤摘要】
一种铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂及制备方法


[0001]本专利技术属于催化剂制备
，具体涉及一种铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂及制备方法。

技术介绍

[0002]挥发性有机物(volatile organic compounds，VOCs)的排放是造成大气污染的重要原因之一。具有毒性和恶臭特性的甲苯(C7H8)是一类最具代表性的VOCs，是PM
2.5
和臭氧的前驱体，对人体呼吸系统和中枢神经系统有一定的损害，甲苯主要来源于石油和化工行业，已被列入我国优先控制处理的污染物名单。因此，如何高效去除大气环境中的甲苯至关重要。
[0003]催化燃烧法可以通过加热升温的方式将甲苯氧化为绿色无毒的CO2和H2O，该方法因为加热温度相对较低，环境友好，得到了广泛的应用。锰(Mn)基催化剂是一种过渡金属催化剂，Mn元素经济易得、环境友好且其氧化物具有多价态、多结构等优点，是较好的催化燃烧甲苯的催化剂。但是，随着研究的不断深入，也发现了其存在的一些缺陷：(1)锰基催化剂化合价态易变，电子层结构导致其易得电子也易失电子，储氧性能较弱；(2)Mn
‑
O键能较大，不易断裂，反应所需活化能高。铈(Ce)元素具有特殊的4f电子层结构，容易形成氧空位；铜(Cu)元素可以和Mn发生反应，降低反应所需活化能，因此将铈、铜与锰基催化剂结合可以有效的改善以上缺陷，即利用Ce优异的储氧释氧能力，提高催化剂的氧迁移率；利用Cu能加速电子转移的能力，实现甲苯的高效降解。
[0004]目前，已有一些研究证实将锰铈铜三种元素结合制备的催化剂在甲苯的催化燃烧上具有良好的效果，但是这些催化剂的制备方法具有复杂、耗能高、安全性能低等不足。Zhou等人(Zhou et al.Environmental Science and Pollution Research,2020)通过高温水热法制备出的CeO2‑
CuMnO4，降解甲苯效果良好，该制备方法需要添加四种有机试剂，且反应在溶液中搅拌进行，成本较高，耗能较大(600℃下煅烧)。Lu等人(Lu et al,Journal of Environmental Sciences,2015)通过溶胶
‑
凝胶法制备的含锰铈铜的催化剂具有较好的催化降解甲苯的效果，但该制备方法周期长(特别是过夜烘干，超过12小时)，耗能高(110℃下烘干，500℃下煅烧)。胡明华等人(胡明华,等.江汉大学学报,2020)通过共沉淀法制备了含锰铈铜的Cu1Mn1Ce3O
x
催化剂，具有良好的低温还原性和较好的甲苯降解效果，其反应条件苛刻(需保持pH值为11)，反应过程复杂，耗能大(烘干12h，500℃下煅烧)。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂及制备方法，该方法能耗低，周期短，过程简单，对甲苯具有较高的降解率。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂制备方法，包括以下步骤：
[0008]利用球磨法将Mn
2+
盐、Ce
3+
盐、Cu
2+
盐和柠檬酸球磨后，烘干、煅烧，得到铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂。
[0009]进一步的，Mn
2+
盐、Ce
3+
盐和Cu
2+
盐的物质的量之比控制在5：0.2：0.5～5：2：1.5。
[0010]进一步的，柠檬酸和Mn
2+
盐的物质的量之比控制在1：1～5：1。
[0011]进一步的，将Mn
2+
盐、Ce
3+
盐、Cu
2+
盐和柠檬酸进行干法球磨，烘干温度为30℃
‑
80℃，时间为0.5h
‑
1h。
[0012]进一步的，干法球磨的转速为400rpm
‑
600rpm，时间为10min
‑
30min。
[0013]进一步的，煅烧温度为360℃
‑
400℃，时间为4h
‑
8h。
[0014]进一步的，Mn
2+
盐为(CH3COO)2Mn或Mn(NO3)2。
[0015]进一步的，Ce
3+
盐为Ce(NO3)3·
6H2O或Ce(CH3COO)3·
4H2O。
[0016]进一步的，Cu
2+
盐为Cu(NO3)2·
3H2O或Cu(CH3COO)2。
[0017]一种根据如上所述方法制备的铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0019]本专利技术采用球磨
‑
煅烧法作为制备铜掺杂锰铈复合氧化物催化剂的方法，球磨法能将Mn
2+
盐、Ce
3+
盐与Cu
2+
盐混合均匀，且球磨所提供的固相反应减少了Mn、Ce、Cu离子的流失，提高了产量。通过球磨迫使Ce
3+
向半径减小的方向改变，更加接近其他金属离子半径，使离子键能减小，化学键更容易断裂，易发生氧化还原反应，从而生成铜掺杂锰铈复合氧化物的催化剂。采用球磨混匀，方法简单，成本低，步骤少，使用试剂少，加入Mn
2+
盐、Ce
3+
盐与Cu
2+
盐三种盐及稳定剂柠檬酸后开启球磨即可，不需要加入其它试剂，如液体溶剂等，操作安全。现有技术需逐步添加试剂进溶液，在不断搅拌下混匀，加压等。
[0020]进一步的，本专利技术中球磨时间短，最少仅需10分钟，其它的混匀方法需要的时间远超过30分钟。
[0021]进一步的，干燥时间短，能耗小。本专利技术采用干法球磨，球磨的原材料中仅含有极微量的结合水，因此烘干温度低，时间短。相比于目前常用的加入大量溶剂的溶液法，烘干时间短得多。
[0022]进一步的，煅烧温度低，能耗小。该专利技术在320℃
‑
380℃煅烧即可制备出铜掺杂锰铈复合氧化物，目前常用的煅烧温度多在500℃以上。
[0023]该专利技术制备出的铜掺杂锰铈复合氧化物的T
90
(转化率为90％时的催化温度)低至260℃，低于现有研究报道中锰铈铜催化剂在相同测试条件下降解甲苯的T
90
。该专利技术制备出的铜掺杂锰铈复合氧化物具有良好的稳定性和循环性，在甲苯浓度为1000ppm的降解中T
90
温度可维持48h以上不发生变化。所得铜掺杂锰铈复合氧化物活化能低至96.6kJ/mol，比锰铈复合氧化物活化能降低了约30kJ/mol。
附图说明
[0024]图1为本方法所制备的铜掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：利用球磨法将Mn
2+
盐、Ce
3+
盐、Cu
2+
盐和柠檬酸球磨后，烘干、煅烧，得到铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂。2.根据权利要求1所述的一种铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂制备方法，其特征在于，Mn
2+
盐、Ce
3+
盐和Cu
2+
盐的物质的量之比控制在5：0.2：0.5～5：2：1.5。3.根据权利要求1所述的一种铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂制备方法，其特征在于，柠檬酸和Mn
2+
盐的物质的量之比控制在1：1～5：1。4.根据权利要求1所述的一种铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂制备方法，其特征在于，将Mn
2+
盐、Ce
3+
盐、Cu
2+
盐和柠檬酸进行干法球磨，烘干温度为30℃
‑
80℃，时间为0.5h
‑
1h。5.根据权利要求4所述的一种铜掺杂锰铈...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈美娟，赵婧涵，赵丽云，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：