一种改性ZSM-5沸石负载型钙钛矿催化剂及其合成方法技术

本发明专利技术属于大气污染治理技术领域，具体公开了一种改性ZSM

【技术实现步骤摘要】
一种改性ZSM
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5沸石负载型钙钛矿催化剂及其合成方法


[0001]本专利技术属于大气污染治理
，具体涉及一种改性ZSM
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5沸石负载型钙钛矿催化剂及其合成方法。

技术介绍

[0002]VOCs(挥发性有机物)是在常温下，沸点50℃至260℃的各种有机化合物，按化学结构，可分为烷烃、烯烃、炔烃、苯系物、醇类、醛类、醚类、酮类、酸类、酯类、卤代烃及其他。VOCs参与大气环境中臭氧和二次气溶胶的形成，对区域性大气臭氧污染、PM2.5污染具有重要的影响，为了根本解决PM2.5、臭氧等污染问题，切实改善大气环境质量，VOCs的治理尤为重要。
[0003]减少和消除空气中存在的挥发性有机化合物(VOCs)仍然是环境催化领域的挑战之一。目前已经设计了多种催化系统来解决这个问题，包括混合金属氧化物系统和负载贵金属或非贵金属系统。钙钛矿型催化剂通常是首选的催化剂，它是具有特定结构的复合属氧化物，由于氧流动性比较好，在某些反应中比单一氧化物具有更高的催化活性。钙钛矿型催化剂的通式为ABO3，A位通常是稀土或者碱土具有较大离子半径的金属元素，B位通常为离子半径较小的过渡金属元素，一般A具有四面体结构，B具有八面体结构，A位和B位可以形成交替结构，均易于被其他元素取代而产生晶格缺陷，从而改变催化剂的性能。钙钛矿型催化剂在许多有机分子的氧化中具有高热稳定性和较强的催化活性，因此常被用作净化VOCs的催化剂。
[0004]然而，ABO3钙钛矿型催化剂具有明显缺点，就是比表面积小，通常低于10m2/g，对其应用造成限制。这个问题可以通过将钙钛矿催化剂支撑在具有发达表面积的多孔载体上来解决，但是目前的负载型钙钛矿催化剂工艺大多比较复杂，如专利CN107930626B公开的一种VOCs废气处理催化剂及其制备方法，所述催化剂以多孔金属作为载体，载体上涂覆有涂料；所述涂料包括催化活性组分、第二载体、第二载体改性剂，所述催化活性组分为Pt复配LaMnO3钙钛矿型复合氧化物，所述第二载体为γ
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Al2O3粉末，所述第二载体改性剂为以过渡金属元素中的一种或多种制成的固溶体氧化物；该催化剂的制备需要经历多步煅烧，还涉及切割、涂敷、改性等操作，工艺十分复杂，操作不便，成本高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一是提供一种改性ZSM
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5沸石负载型钙钛矿催化剂的合成方法，具有工艺简单、操作简便的特点，同时合成的催化剂催化性能好、纯度高。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0007]一种改性ZSM
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5沸石负载型钙钛矿催化剂的合成方法，包括以下步骤：
[0008]S1.称取ZSM
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5沸石，在250～350℃下煅烧3.5～4.5h；
[0009]S2.将氢氧化钠溶液添加到煅烧后的沸石中，并进行搅拌；
[0010]S3.离心，沉淀用去离子水清洗，再经55～65℃干燥过夜，得到碱改性ZSM
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5沸石；
[0011]S4.称取催化剂原料硝酸镧、硝酸锶和硝酸钴，先用去离子水溶解，接着加入碱改性ZSM
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5沸石，搅拌混匀；
[0012]S5.滴加氨水调节混合溶液的pH至碱性，然后停止搅拌，恒温陈化；
[0013]S6.陈化后的沉淀用去离子水清洗，再于55～65℃烘干过夜，得到碱改性ZSM
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5沸石负载型钙钛矿催化剂。
[0014]首先，针对目前钙钛矿型催化剂比表面积小的缺点，本专利技术选择了性ZSM
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5沸石作为载体：一方面，有效提升催化剂的比表面积，有效分散催化剂功能原子并降低其颗粒团聚，为催化反应提供更多活性位点；另一方面：强化催化剂的催化反应效率，可以起到助催化作用，将催化剂负载后，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。并且，ZSM
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5沸石相较于其他载体(如活性碳、石墨烯、碳纳米管、碳化氮、共熔体、钙钛矿、二氧化硅等)具有明显优势：ZSM
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5具有易于接近的活性位点，在催化降解VOCs过程中表现出显著的活性；同时，ZSM
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5具有丰富的酸中心和高表面酸度也被证明有利于促进催化剂的催化性能。
[0015]然后，在选择ZSM
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5沸石作为载体的基础上，本专利技术进一步对其作了改性处理，因为传统的ZSM
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5沸石具有以下缺陷：一方面，是微孔结构单一，会阻碍VOCs分子扩散，影响催化效率；另一方面，是酸位过多，易导致氢转移、芳构化等副反应进行，影响催化剂纯度。而本专利技术在对ZSM
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5沸石进行碱改性后，形成了多级结构沸石，多级结构沸石保留了微孔沸石的晶态骨架，具有良好的选择型性、热与水热稳定性，并且，贯通于晶态骨架中的介孔/大孔通道能够提供大的比表面积、暴露更多的活性中心，缩短了反应物和产物分子的扩散路径，进而有效提高催化效率，同时有效抑制副反应的进行，最终提高催化剂纯度和寿命。因此，将ZSM
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5沸石进行改性，并将其作为VOCs催化剂的载体具有较大的价值。
[0016]最后，本专利技术选择硝酸镧、硝酸锶、硝酸钴为催化剂主要原料，最终在改性ZSM
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5沸石成功负载La
0.5
Sr
0.5
CoO3钙钛矿催化剂，实现了吸附和催化的耦合，有效改善了钙钛矿催化剂孔隙结构、比表面积的同时提升了催化剂的氧交换能力和催化活性，而且防止了催化剂在其用于催化的过程中的迁移、聚结和烧结，进一步提升催化剂的催化性能和效率，相比纯钙钛矿催化剂具有显著创造性。此外，本专利技术改性ZSM
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5沸石负载型钙钛矿催化剂的合成基本都是简单操作，无需进行多步煅烧和复杂的温度变化控制，与现有的负载型钙钛矿型催化剂相比，不仅构成上更加简单，工艺上也明显简便，能够有效降低催化剂成本。
[0017]优选的，步骤S2中，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.5～2M。浓度超过2M，沸石会出现溶解甚至呈凝胶状的情况。
[0018]优选的，步骤S2中，搅拌方式为磁力搅拌，搅拌时间为20～28h，转速为100～150r/min。
[0019]优选的，步骤S4中，所述酸镧、硝酸锶、硝酸钴的质量比为1:(0.8～1.2):(1.8～2.2)。
[0020]优选的，步骤S4中,所述催化剂原料和碱改性ZSM
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5沸石的质量比为1：(3～6)。
[0021]优选的，步骤S4中，搅拌方式为磁力搅拌，搅拌时间为20～40min；步骤S5中，搅拌期间控制加热温度为35～45℃。
[0022]优选的，步骤S5中，滴加氨水将pH调至11～12。pH小于11，难以沉淀，无法形成催化剂；pH大于12，会出现溶解情况。
[0023]优选的，步骤S5中，陈化时间为24～36h，陈化温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性ZSM
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5沸石负载型钙钛矿催化剂的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.称取ZSM
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5沸石，在250～350℃下煅烧3.5～4.5h；S2.将氢氧化钠溶液添加到煅烧后的沸石中，并进行搅拌；S3.离心，沉淀用去离子水清洗，再经55～65℃干燥过夜，得到碱改性ZSM
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5沸石；S4.称取催化剂原料硝酸镧、硝酸锶和硝酸钴，先用去离子水溶解，接着加入碱改性ZSM
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5沸石，搅拌混匀；S5.滴加氨水调节混合溶液的pH至碱性，然后停止搅拌，恒温陈化；S6.陈化后的沉淀用去离子水清洗，再于55～65℃烘干过夜，得到碱改性ZSM
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5沸石负载型钙钛矿催化剂。2.根据权利要求1所述的改性ZSM
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5沸石负载型钙钛矿催化剂的合成方法，其特征在于：步骤S2中，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.5～2M。3.根据权利要求2所述的改性ZSM
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5沸石负载型钙钛矿催化剂的合成方法，其特征在于：步骤S2中，搅拌方式为磁力搅拌，搅拌时间为20～28h，转速为100～150r/min。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓，杨芸，袁建华，王健祥，马杰，郭林恩，石佳文，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：