一种具有空心球结构的MOF衍生物复合催化材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种具有空心球结构的MOF衍生物Co

【技术实现步骤摘要】
一种具有空心球结构的MOF衍生物复合催化材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于催化材料制备
，特别涉及一种具有空心球结构的MOF衍生物Co
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Mn3‑
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O4复合催化材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]挥发性的有机物质(VOCs)和氮氧化物(NO
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)是不容忽视的大气污染物。VOCs释放在大气中，扩散力极强，和大气中的氮氧化物进行化学反应，产生大量光化学烟雾，并生成高毒性气体，从而产生二次污染，严重损害大气环境质量和威胁人类生命安全。所以，专利技术出实用、高效、安全的同时除去VOCs和NO
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的方法刻不容缓。
[0003]目前，以光催化、热催化为主的相关技术是针对VOCs和NO
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污染物的主要处理方式。但是在这些处理方式中都会涉及到以氨气为还原剂，选择性催化还原NO
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为N2这一过程，而氨气本身就是一种污染性气体，处理过程中很有可能由于泄漏或操作不当而发生二次污染。据研究表明，VOCs可以代替氨作还原剂去除NO，达到同时去除VOCs和NO的效果。由于常规热催化净化所需能量消耗大和光催化效率低，光热协同催化净化可以整合光催化和热催化的优势，达到互补，形成一种协同效应，这是一种新颖且高效的催化反应。据研究，在光热协同催化体系中同时脱除VOCs和NO
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的VOCs
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SCR技术核心是高活性的催化剂，但这些研究中同时去除VOCs和NO的效果并不理想。因此，寻找合适的催化材料组成构筑高效经济、无二次污染、能同时去除VOCs和NO的催化材料并将其应用于光热协同催化体系是重中之重。
[0004]过渡金属氧化物MnO
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具有较好的NO
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催化还原活性和高稳定性，而且还具有环保性、丰富的价态和优异的储氧能力，被广泛应用于VOCs或NO的去除。在光催化材料中，Co3O4成本低廉和储藏丰富，高氧迁移率和活性氧物种(O2‑
，O
22
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)的存在使其在诸多催化体系中都具有良好的催化性能。由于单一Co3O4材料催化活性的不足，引入选取MnO
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作为光热协同催化剂体系的活性组分，对其修饰改性，提高其催化性能。因此，构筑具有空心球结构的MOF衍生物Co
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Mn3‑
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O4复合催化材料在光热催化协同体系下作为VOCs和NO污染控制催化剂是非常具有前景的。
[0005]采用高效稳定的催化材料借助光热协同催化体系实现对VOCs和NO
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复合污染物的去除，不仅在能源高效利用的角度上，充分利用了太阳能这类可再生能源以减少对于外部供能的依赖，而且在高效处理污染物的角度上，利用两类污染物的氧化还原性实现了二者的同时去除。对于目前的大气污染问题的解决具有一定的推动作用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种具有空心球结构的MOF衍生物Co
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Mn3‑
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O4复合催化材料的制备方法及其应用。
[0007]本专利技术思路：以碳球为前驱体的模板，六水合硝酸钴和硝酸锰先后为前驱体溶液进行材料的制备，通过工艺控制，制备出一种具有空心球结构的MOF衍生物Co
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Mn3‑
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O4复合催
化材料，对其物相、结构、成分组成、形貌特征等进行了表征，并将其应用于催化光热协同体系低温高效同时脱除VOCs和NO。
[0008]本专利技术的一种具有空心球结构的MOF衍生物Co
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Mn3‑
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O4复合催化材料的具体制备步骤为：
[0009](1)将5.6g葡萄糖溶解在50mL去离子水中，搅拌30分钟；
[0010](2)将步骤(1)获得的溶液转移到100mL聚四氟乙烯内衬高压釜中，设置反应温度为180℃，反应时间为24小时；
[0011](3)将步骤(2)中的高压反应釜冷却至室温后，用去离子水洗涤沉淀数次；
[0012](4)将步骤(3)获得的棕色沉淀在100℃下干燥12小时，即制得碳球；
[0013](5)将0.328g 2
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甲基咪唑溶解在10mL N,N
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二甲基甲酰胺、乙醇和水体积比为1:1:1的溶液中；
[0014](6)将0.97g六水合硝酸钴和155μL硝酸锰溶液和0.2g 2,5
‑
二羟基对苯二甲酸溶解到100mL N,N
‑
二甲基甲酰胺、乙醇和水的体积比为1:1:1的溶液中，混合均匀；
[0015](7)然后在磁力搅拌下将步骤(5)获得的溶液滴加到步骤(6)的混合溶液中，在室温下搅拌10分钟；
[0016](8)将步骤(4)获得产物，取0.1g所制备的碳球为模板，分散步骤(7)获得的混合溶液中，先磁力搅拌10分钟，再超声处理20分钟，得到澄清溶液；
[0017](9)将步骤(8)获得的混合溶液加入到100mL聚四氟乙烯内衬高压釜中，设置反应温度为100℃，反应时间为4小时；
[0018](10)待高压反应釜冷却至室温后，抽滤收集沉淀，并用乙醇洗涤3次，再用去离子水洗涤2次，并置于80℃恒温干燥箱中干燥；
[0019](11)将步骤(10)获得的前驱体放入石英管中，管式炉以2℃每分钟升温速率升温至500℃并持续煅烧2小时，即制得具有空心球结构的MOF衍生物Co
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Mn3‑
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O4复合催化材料。
[0020]本专利技术步骤(6)中六水合硝酸钴和硝酸锰的摩尔比优选为5:1。
[0021]本专利技术步骤(11)中管式炉的温度优选500℃。
[0022]上述制得一种具有空心球结构的MOF衍生物Co
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Mn3‑
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O4复合催化材料应用于催化光热协同体系低温高效同时脱除VOCs和NO。
[0023]本专利技术的优点在于：
[0024]本专利技术的制备方法工艺简单，原材料价格低廉，无二次污染，对于目前的烟气污染问题的解决具有重要意义。本专利技术的一种具有空心球结构的MOF衍生物Co
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Mn3‑
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O4复合催化材料对光热协同体系低温高效同时脱除VOCs和NO有很好的催化性能。吸附过程完成后，能够避免氨的二次污染。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例制得的一种具有空心球结构的MOF衍生物Co
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O4复合催化材料的SEM谱图。
[0026]图2为本专利技术实施例制得的一种具有空心球结构的MOF衍生物Co
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Mn3‑
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O4复合催化材料的X
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射线衍射图谱。
[0027]图3为本专利技术实施例中一种具有空心球结构的MOF衍生物Co
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有空心球结构的MOF衍生物Co
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Mn3‑
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O4复合催化材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：(1)将5.6g葡萄糖溶解在50mL去离子水中，搅拌30分钟；(2)将步骤(1)获得的溶液转移到100mL聚四氟乙烯内衬高压釜中，设置反应温度为180℃，反应时间为24小时；(3)将步骤(2)中的高压反应釜冷却至室温后，用去离子水洗涤沉淀数次；(4)将步骤(3)获得的棕色沉淀在100℃下干燥12小时，即制得碳球；(5)将0.328g 2
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甲基咪唑溶解在10mL N,N
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二甲基甲酰胺、乙醇和水体积比为1:1:1的溶液中；(6)将0.97g六水合硝酸钴和155μL硝酸锰溶液和0.2g 2,5
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二羟基对苯二甲酸溶解到100mL N,N
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二甲基甲酰胺、乙醇和水的体积比为1:1:1的溶液中，混合均匀；(7)然后在磁力搅拌下将步骤(5)获得的溶液滴加到步骤(6)的混合溶液中，在室温下搅拌10分钟；(8)将步骤(4)获得产物，取0.1g所制备的碳球为模板，分散步骤(7)获得的混合溶液中，先磁力搅拌10分钟，再超声处理20分钟，得到澄清溶液；(9)将步骤(8)获得的混合溶液加入到100mL聚四氟乙烯内衬高压釜中，设置反应温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊银明，李元贞，王艳红，李沫睿，朱宗强，周小斌，朱义年，张立浩，唐沈，廖雷，莫胜鹏，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：