【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大气污染治理与催化材料，具体涉及一种负载型层状mn-m(ce,cr,fe)-o水滑石催化剂、制备方法及应用。
技术介绍
1、臭氧(o3)和细颗粒物(pm2.5)是当前困扰我国大气环境质量的主要两大污染物，由于冬季大气环境容量低，极易诱发以pm2.5超标的重污染天气；夏季近地面臭氧作为一种新兴污染物严重威胁人类健康，现阶段以pm2.5和臭氧两大污染物为代表的大气环境问题愈发严峻。大量研究证实，vocs是诱发细颗粒物、有机二次气溶胶和近地面臭氧的重要前体物，开展o3和vocs的协同控制对解决当前大气污染具有重要意义。
2、目前已报道的臭氧去除方法包括药液吸收法、热分解法、活性炭吸附法和催化分解法等。其中，药液吸收法的成本高且废液难处理，热分解法能耗高，活性炭吸附法易饱和且再生困难。而臭氧催化分解法可在室温下实现臭氧的高效分解，同时不产生任何二次污染，是最具研究价值与应用潜力的臭氧去除技术，该技术的关键在于高效催化材料的制备。
3、挥发性有机化合物(vocs)是室内最常见的主要环境污染物，而甲醛(hcho)作为其中一种典型污染物所引发的人体健康问题层见叠出。当人体处在甲醛浓度大于0.1mg/m3环境中时，即可能引发呼吸系统受损，而长期暴露会对人体其它器官造成损害，且甲醛已被列为第一类致癌物，严重威胁人体健康。目前，防治室内甲醛污染的方法有物理法、生物法和化学法，其中物理法包括自然通风和吸附法等，生物法包括植物生态净化和微生物降解等，化学法包括等离子体法、催化氧化技术等。物理法成本低，效率高，但不能
4、目前常温催化氧化催化剂可分为两大类：一是贵金属催化剂；二是过渡金属氧化物催化剂。贵金属如pt，pd，au和ag等，通常以tio2，al2o3，sio2，co3o4，ceo2等高比表面积载体制备而成，其活性高、降解性能优越，但是贵金属资源稀缺，价格昂贵，限制了其广泛范围。过渡金属氧化物因资源丰富、氧化活性高、稳定性良好等优势具备替代贵金属的潜力，且研究发现，过渡金属锰氧化物(mnox)在降解甲醛性能方面表现优异，氧化能力强，co2选择性高，且晶型、价态、形貌可调，应用前景广泛。研究人员通过水热法制备了石墨烯-mno2复合纳米材料，相较于单金属催化剂mno2，复合催化剂完全催化甲醛所需要的温度降低了75℃，催化性能提高，并且石墨烯增强了mn3+和mn4+间的电荷转移，其催化剂表面产生了丰富的氢氧自由基，提升了甲醛催化氧化中间产物-甲酸盐的降解活性。研究人员亦通过氧化还原法及铈改性制备了掺杂型mno2，研究发现随着ce掺杂量的增加，mno2结晶度降低，催化剂比表面积增大。当ce-mno2中铈锰摩尔比达1:10时，催化剂常温催化性能稳定，且在100℃下可将低浓度甲醛完全氧化为co2和h2o，这是由于ce掺杂的mno2具有更多的表面吸附氧，减小了ceo2纳米团簇与mno2间的晶界间距，提升了表面氧和晶格氧的氧化还原能力和迁移速率。研究人员还考察了α-mno2晶型、形貌与高价金属掺杂改性对其臭氧催化性能的影响，测试了α-mno2、β-mno2与γ-mno2的臭氧催化性能，其中α-mno2表现出了最好的臭氧催化活性。研究表明α-mno2具备较大的比表面积、更丰富的mn3+物种以及更活泼的吸附氧物种。原位拉曼观测到臭氧催化分解过程中过氧化物中间产物的生成，且α-mno2上的过氧化物最容易脱附，并基于这些结果，提出了以氧缺陷为活性位点的臭氧分解机理。
5、国内外学者在该领域的亦进行了广泛而深入的研究，主要集中于材料化学组成对o3分解和常温催化氧化vocs的影响，如对mnox、co3o4、mnox-ceo2、cu-mn-ce-o、co-ce-o、ce-la-o、mn-ce-la-o等过渡金属氧化物组成的催化剂常温催化氧化vocs和o3分解进行了系统而深入研究。研究发现，复合氧化物的活性明显高于单组分氧化物，而当活性组分通过预处理而形成固溶体或复合氧化物时，催化活性亦可得到进一步提高。然后常见的过渡金属氧化物催化剂在常温条件下仍然巨大挑战：(1)催化剂吸附能力有待提升，尤其高浓度vocs和o3；(2)催化剂氧化降解能力有待提高，尤其难降解类vocs，如甲苯等；(3)催化剂因吸附水蒸气致使性能稳定性降低等问题；因此国内外学者在寻求高效、稳定的催化氧化vocs催化剂体系上进行了大量的研究，考虑将过渡金属氧化物与不同载体相结合以提升催化剂在常温条件下o3的分解以及室内低浓度vocs氧化降解。
6、水滑石(ldhs)是具有水镁石结构(mg(oh)2)和阴离子交换性质的粘土材料，这些材料一般可以用公式[m2+1-xm3+x(oh)2]b+[an-]b/n·mh2o表示，其中m2+和m3+分别是二价和三价金属阳离子，a是层间阴离子，通常是碳酸盐。这些氧化物具有介孔结构、酸碱双功能性、热稳定性、吸附性、层间阴离子可交换性以及高比表面积等特点。近几十年来，类水滑石材料因其在离子交换剂、吸附剂、催化剂等方面的广泛应用而引起了广泛的关注。制备好的类水滑石通常很少单独用作催化剂，因为它们位于碳酸盐中，不具有必要强度的活性位点，但是类水滑石表面的羟基可以增强催化氧化的效果，在类水滑石表面上引入活性中心，可有效提升分解o3和常温催化氧化vocs的效率。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出一种负载型层状mn-m(ce,cr,fe)-o水滑石催化剂、制备方法及应用。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种负载型层状mn-m(ce,cr,fe)-o水滑石催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
4、s1、将mgcl2·6h2o、al(no3)3·9h2o、mn(no3)2和cr(no3)3·9h2o依次溶解于去离子水中得到溶液a，再将na2co3溶液和naoh溶液混合得到溶液b，将溶液b缓慢滴入溶液a中调节的溶液a的ph＝10得到溶液c，对溶液c进行离心、洗涤以及干燥处理得到层状mgmnalcr-ldh水滑石；
5、s2、将mn(no3)2溶解于去离子水中得到溶液d，向溶液d中加入活性剂并搅拌使活性剂完全溶于溶液d中得到溶液e，向溶液e中加入柠檬酸并搅拌使柠檬酸完全溶解得到溶液f，对溶液f进行蒸煮使溶液f呈凝胶状，向凝胶状f中加入层状mgmnalcr-ldh水滑石并搅拌得到凝胶状g，对凝胶状g进行干燥、焙烧以及研磨本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种负载型层状Mn-M(Ce,Cr,Fe)-O水滑石催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中的浓度为0.625～1mol/L，其中n(Mg)/n(Al)摩尔比为4:1～1:4，且n(Mn)/n(Mg)和n(Cr)/n(Al)摩尔比均为1:4。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中Na2CO3溶液和NaOH溶液的体积比为1：1，所述Na2CO3溶液的浓度为0.2mol/L，所述NaOH溶液的浓度为1mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中洗涤使用去离子水，洗涤次数为至少3次，步骤S1中干燥的温度为80℃～100℃，10h～12h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中活性剂为Ce(NO3)3·6H2O、Cr(NO3)3·9H2O或Fe(NO3)3·9H2O中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中，蒸煮在水浴锅中进行，蒸煮的温度为75℃～85℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中干燥的温度为80℃～100℃，时间为5h～7h，焙烧的温度为200℃～400℃，时间为3h～5h。
8.一种负载型层状Mn-M(Ce,Cr,Fe)-O水滑石催化剂由权利要求1-8任一所述制备方法制备而成。
9.根据权利要求8所述的一种负载型层状Mn-M(Ce,Cr,Fe)-O水滑石催化剂，其特征在于：所述催化剂活性组分为Mn-Ce-O，Mn-Cr-O，Mn-Fe-O，Mn-Ce-Cr-O，Mn-Ce-Fe-O、Mn-Cr-Fe-O以及Mn-Ce-Cr-Fe-O中的一种或多种，其中n(Mn)/n(M)摩尔比为6:1～2:1，n(Ce)/n(Cr)，n(Ce)/n(Fe)和n(Cr)/n(Fe)摩尔比均为1:1，且Mn-M-O混/复合金属氧化物负载量的质量分数为20％-40％。
10.如权利要求8所述的负载型层状Mn-M(Ce,Cr,Fe)-O水滑石催化剂在制备吸附臭氧或挥发性有机化合物产品中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种负载型层状mn-m(ce,cr,fe)-o水滑石催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s1中的浓度为0.625～1mol/l，其中n(mg)/n(al)摩尔比为4:1～1:4，且n(mn)/n(mg)和n(cr)/n(al)摩尔比均为1:4。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤s1中na2co3溶液和naoh溶液的体积比为1：1，所述na2co3溶液的浓度为0.2mol/l，所述naoh溶液的浓度为1mol/l。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s1中洗涤使用去离子水，洗涤次数为至少3次，步骤s1中干燥的温度为80℃～100℃，10h～12h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s2中活性剂为ce(no3)3·6h2o、cr(no3)3·9h2o或fe(no3)3·9h2o中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s2中，蒸煮在水...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄琼，安国芳，李昕，毛君杰，魏琛，李大伟，陶涛，杨波，陈敏东，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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