一种金属氧化物多核-硅铝壳双功能催化剂的制备方法和应用技术

本发明专利技术属于环保领域与催化剂领域，公开了一种硅铝氧化物包裹金属氧化物多核的双功能核壳型催化剂及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种金属氧化物多核
‑
硅铝壳双功能催化剂的制备方法和应用


[0001]本专利技术属于环境保护与催化剂领域，涉及一种金属氧化物多核
‑
硅铝壳双功能催化剂，特别是涉及一种适用于废水的临氧裂解净化的双功能催化剂，本专利技术还涉及该催化剂的制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]工业有机废水和生活垃圾废水所含的有机污染物大多数是致畸
、
致突变
、
致癌物质，有些甚至在环境中发生化学反应转化为危害更大
、
毒性更强的二次污染物，对大气
、
水体
、
生态系统和人类生命造成了极大危害
。
[0003]专利
CN111675358A
提出了一种临氧裂解反应处理化工有机废水的方法，通过裂化与氧化的耦合，将大分子有机污染物转化为对环境无害的二氧化碳
、
水等小分子，实现化工有机废水低温高效
、
短流程无害化处置
。
围绕有机物的临氧裂解净化过程，专利
CN107010709A
和
CN107099051A
均提出了一种由不同稀土金属离子修饰的沸石分子筛催化剂
、
专利
CN111847483A
提出了一种
Y
型分子筛负载氧化铜催化剂
、CN115254108A
公开了一种无定形硅铝封装金属氧化物催化剂
。
但是上述催化剂结构中的来自硅铝氧化物的酸性位与来自金属氧化物的氧化活性位均分布在催化剂结构的同一空间，使氧化活性位直接与有机污染物接触，导致其在催化剂表面直接发生氧化裂解
、
热裂解等副反应，使有机污染物无法完全转化为
CO2和水等对环境无害的无机物
。
[0004]若将催化剂设计为核壳结构，可以分隔酸性位与氧化活性位在催化剂中的空间位置，即酸性位在外壳
、
氧化活性位在内核，理论上可避免上述副反应
、
实现临氧裂解反应过程中裂化
、
氧化反应的精准调控
。
文献
[Nature Materials
，
2022
，
21(5)
：
572]介绍了一种以酸性沸石为壳
、
金属氧化物为核的单核壳催化剂，但该金属氧化物内核尺寸大于
100
纳米，导致单位体积氧化活性位偏少，降低临氧裂解中的氧化反应效率，常见的催化氧化催化剂的活性颗粒粒径尺寸需要在
0.1
～
50
纳米
。
文献
[Carbon,2006
‑
03
‑
01]介绍了一种通过酚醛树脂高温碳化形成无定型碳载体后浸渍于金属盐溶液形成的多金属氧化核壳催化剂
。
该催化剂制备过程中用碳作为载体，有利于形成多核金属氧化物的内部结构
。
但该催化剂无酸性位点，不仅无法用于临氧裂解反应，而且催化剂外表的碳质壳层在富氧高温环境下极易分解
。
专利
CN110252389B
提出了一种以介孔酸性沸石为壳
、
单质钴为核的多核壳催化剂，该单质钴内核尺寸小于9纳米
、
数量2个以上
。
虽然介孔酸性沸石壳层可以实现临氧裂解反应中的大分子裂化反应，但其介孔尺寸较大，有机污染物容易进入孔道直接与单质钴发生氧化脱氢
、
β
‑
分解等一系列副反应
。
综上所述，目前以金属氧化物为核
、
硅铝氧化物为壳的双功能催化剂普遍存在金属氧化物粒径大导致催化反应效率低
、
壳层孔径大导致复杂副反应等缺陷，不利于临氧裂解反应进行
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有的核壳催化剂普遍存在活性位点利用率有限
、
催化反应效率低等缺陷，提供了一种具有活性位点利用率高
、
反应充分
、
催化反应效率高等优点的金属氧化物多核
‑
硅铝壳双功能催化剂及其制备方法和应用
。
[0006]本专利技术目的在于开发一种具有活性位点利用率
、
催化反应效率高的金属氧化物多核
‑
硅铝壳双功能催化剂
。
[0007]一种金属氧化物多核
‑
硅铝壳双功能催化剂的制备方法，该方法的步骤如下：
[0008]步骤一：将含金属元素的碳载体加入硅铝氧化物纳米颗粒悬浮液中并进行搅拌，硅铝氧化物结构内的桥联氧通过金属离子配位作用沉积于含金属元素的碳载体上形成复合物；
[0009]步骤二：将上述复合物浸泡于酸性硅铝氧化物二次生长液中进行二次生长；
[0010]步骤三：二次生长后通过高温焙烧即可制得金属氧化物多核
‑
硅铝壳双功能催化剂
。
[0011]上述制备方法中：步骤一中含金属元素的碳载体为通过金属配合物高温碳化形成的多面体碳载体，其中金属配合物为含有
Cu、Ce、Mn、Cr、Fe、Co、La、Y
的配合物中的一种；
[0012]进一步优选：金属配合物选自
MOP
‑
18、Cu
‑
ITQ、HKUST
‑
1、Ce
‑
MOL、UIO
‑
66
‑
Ce、MOF
‑
808
‑
Ce、MOF
‑
74
‑
Mn、MIL
‑
101
‑
Cr、MIL
‑
101
‑
Fe、MIL
‑
53
‑
Fe、MOF
‑
74
‑
Co、
醋酸铜
、
醋酸猛
、
醋酸铁
、
醋酸镧
、
醋酸钇中的至少一种
。
[0013]上述制备方法中：步骤一中酸性硅铝氧化物纳米颗粒为
ZSM
‑5型纳米晶
、Y
型纳米晶
、MOR
型纳米晶
、Beta
型纳米晶
、A
型纳米晶
、
无定形硅铝纳米颗粒中的一种；
[0014]碳载体与硅铝氧化物纳米颗粒的质量比为1～
30
：1；优选：碳载体与硅铝氧化物纳米颗粒的质量比为2～
20
：1；进一步优选：碳载体与硅铝氧化物纳米颗粒的质量比为2～
10
：
1。
[0015]上述制备方法中：步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种金属氧化物多核
‑
硅铝壳双功能催化剂的制备方法，其特征在于，该方法的步骤如下：步骤一：将含金属元素的碳载体加入硅铝氧化物纳米颗粒悬浮液中并进行搅拌，硅铝氧化物结构内的桥联氧通过金属离子配位作用沉积于含金属元素的碳载体上形成复合物；步骤二：将上述复合物浸泡于酸性硅铝氧化物二次生长液中进行二次生长；步骤三：二次生长后通过高温焙烧即可制得金属氧化物多核
‑
硅铝壳双功能催化剂
。2.
根据权利要求1所述的金属氧化物多核
‑
硅铝壳双功能催化剂的制备方法，其特征在于：步骤一中含金属元素的碳载体为通过金属配合物高温碳化形成的多面体碳载体，其中金属配合物为含有
Cu、Ce、Mn、Cr、Fe、Co、La、Y
的配合物中的一种；进一步优选：金属配合物选自
MOP
‑
18、Cu
‑
ITQ、HKUST
‑
1、Ce
‑
MOL、UIO
‑
66
‑
Ce、MOF
‑
808
‑
Ce、MOF
‑
74
‑
Mn、MIL
‑
101
‑
Cr、MIL
‑
101
‑
Fe、MIL
‑
53
‑
Fe、MOF
‑
74
‑
Co、
醋酸铜
、
醋酸猛
、
醋酸铁
、
醋酸镧
、
醋酸钇中的至少一种
。3.
根据权利要求1所述的金属氧化物多核
‑
硅铝壳双功能催化剂的制备方法，其特征在于：步骤一中酸性硅铝氧化物纳米颗粒为
ZSM
‑5型纳米晶
、Y
型纳米晶
、MOR
型纳米晶
、Beta
型纳米晶
、A
型纳米晶
、
无定形硅铝纳米颗粒中的一种；碳载...

【专利技术属性】
技术研发人员：张竹修，乔旭，周子涵，汤吉海，魏涛，崔咪芬，狄鸿祥，陈献，费兆阳，刘清，
申请(专利权)人：南京资环工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：