一种铈基固溶体催化剂及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高热稳定的铈基固溶体催化剂制备方法，通过分步沉淀技术分别制备由Ce、Cu、Mn、Co组成的活性单元复合氢氧化物和Ce、Zr、La、Y组成的结构单元复合氢氧化物，并采用超临界乙醇干燥技术构筑由两种复合氧化物构成的规整晶体结构。本发明专利技术制备的铈基固溶体催化剂既具高活性也具高热稳定性，可以抵抗800-900℃的高温冲击，显著增加了催化剂使用寿命，扩展了铈基固溶体催化剂在催化氧化领域的应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境催化领域，涉及ー种具有高热稳定性的铈基固溶体氧化物催化剂的制备方法，及其在VOCs催化燃烧中的应用。(ニ)
技术介绍
近年来研究发现，在CeO2中掺杂稀土和过渡金属离子形成铈基固溶体结构(如 Mn-Ce, Co-Ce, Cu-Ce, Cu-Mn-Ce, Cu-Zr-Ce等)，可以大幅提高氧化-还原能力，在催化燃烧含氧、含氯有机废气及炭烟反应中表现出与贵金属一样优异催化性能，是目前最有望取代贵金属的氧化物催化材料。但催化燃烧有机废气和炭烟都是强放热反应，有机物和炭烟在催化剂表面燃烧所产生的瞬间温升可达500°C以上，如此大的反应温升对氧化物催化剂热稳定性是ー个非常大的考验。在高温环境下，铈基固溶体氧化物晶格中掺杂的金属离子很容易发生迁移和离子价态的变化，使杂质离子的“同晶取代”效应下降，并且在原子的迁移过程中会造成比表面积快速下降，最后导致催化剂活性下降。为提高金属复合氧化物催化剂热稳定性，研究人员从制备技术上进行了很多创新性的尝试，但其目的都是合成出规整的纳米粒子，使纳米铈基固溶体晶体结构更为完善，晶粒表面原子在高温下不易被活化，从而避免晶粒之间发生相互作用而形成新化学键而烧结。但完善的晶体结构并不代表具有优良的催化性能，相对于高活性的铈基固溶体氧化物来说，晶体结构中需要存在一定数量的缺陷位和氧空位，才能増加催化剂表面的活性位数量和活性氧的传递速率，提高其氧化-还原能力和低温催化活性。但规整的原子点阵排布， 使活性氧很难在晶格内扩散和传递，并且造成催化剂表面自由能低和表面能量均一化，降低了对有机分子的活化能力，最终破坏了复合氧化物催化剂的活性结构。因此迫切需要设计一条新的铈基固溶体催化剂制备路线，构筑出即具有高热稳定性的固相结构，又具有高活性単元的铈基固溶体复合氧化物，从而解决铈基固溶体催化剂热稳定性和活性不能相协调的问题。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有铈基固溶体催化剂热稳定性差的缺点，提供ー种分步构建催化剂活性(具有高活性)和结构(具有高稳定性)単元的氧化物前体，然后采用乙醇超临界干燥方法构筑规整的排布的晶体结构，使铈基固溶体催化剂既具高活性又具高热稳定性。本专利技术采用的技术方案如下—种铈基固溶体催化剂，所述铈基固溶体催化剂由活性単元复合氧化物(具有高活性)和结构单元复合氧化物(具有高稳定性)組成，所述的活性単元复合氧化物为 Ce、Cu、Mn和Co组成的铈基固溶体氧化物，其中Ce、Cu、Mn、Co元素的物质的量之比为 1. 0 0. 1 1. 0 0. 1 1. 0 0. 1 1. 0 ；所述的结构单元复合氧化物为Ce、Zr、La和Y組成的铈基固溶体氧化物，其中Ce、Zr、La、Y元素的物质的量之比为1.0 0. 5 4.0 0.5 4.0 0.5 4.0;所述活性単元复合氧化物的总金属元素和结构单元复合氧化物中的总金属元素的物质的量之比为1 0.2 5。所述的活性単元和结构单元复合氧化物通过超临界技术进行干燥，然后在 500-900°C温度下焙烧得到，焙烧后得到的复合氧化物中氧的含量是确定的。进一歩，本专利技术所述高热稳定性铈基固溶体催化剂可按以下方法制备得到(1)配制活性単元金属盐溶液分別取Ce、Cu、Mn、Co的硝酸盐，加去离子水溶解， 配制成总金属离子浓度为0. 2 2. Omol/L的活性単元金属盐溶液，所述活性単元金属盐溶液中Ce、Cu、Mn、Co的物质的量之比为1. 0 0. 1 1. 0 0. 1 1. 0 0. 1 1. 0 ；(2)制备活性単元金属氢氧化物取步骤(1)制得的活性単元金属盐溶液，搅拌并滴加0. 2-2. Omol/L的氨水或氢氧化钠水溶液，调节pH为9_11，得到活性単元金属氢氧化物沉淀，过滤，固体用去离子水洗涤后，在40-110°C下干燥，得到活性単元金属氢氧化物固体；(3)配制结构单元金属盐溶液分別取Ce、Zr、La、Y的硝酸盐，加去离子水溶解，配制成总金属离子浓度为0. 2 2. Omol/L的结构单元金属盐溶液，所述结构単元金属盐溶液中Ce、Zr、La、Y的物质的量之比为1. 0 0. 5 4. 0 0. 5 4. 0 0. 5 4. 0 ；(4)取步骤C3)制得的结构单元金属盐溶液，加入步骤( 制得的活性単元金属氢氧化物固体，搅拌并滴加0. 2-2. 0mol/L的氨水或氢氧化钠水溶液，调节pH为9_10，得到金属氢氧化物混合沉淀，过滤，固体用去离子水洗涤，得到金属氢氧化物混合水凝胶；金属氢氧化物混合水凝胶用无水乙醇洗涤，得到金属氢氧化物混合醇凝胶；所述活性単元金属氢氧化物固体中的总金属元素与结构单元金属盐溶液中的总金属元素的物质的量之比为 1 0. 2 5 ；(5)步骤(4)所得的金属氢氧化物混合醇凝胶加入无水乙醇中配成固含量为5 30wt %的混合悬浮液，把混合悬浮液放入高压釜，进行超临界干燥，升温至270°C，调节排气 ロ使高压釜压力維持在8. OMPa，干燥Ih后，卸压降温，得到混合氢氧化物固体粉末，再在流动空气下，500-900°C焙烧2-10h，制备得到所述铈基固溶体催化剂。所述步骤(1)中，所述活性単元金属盐溶液中Ce、CU、Mn、C0的物质的量之比优选为 1.0 0.1 0.5 0.2 0.8 0.1 0.5。所述步骤(3)中，所述结构単元金属盐溶液中Ce、Zr、La、Y的物质的量之比优选为 1.0 1.0 4.0 0.5 2.0 0.5 2.0。所述步骤中，金属氢氧化物混合水凝胶用无水乙醇洗涤，所述无水乙醇的用量通常为金属氢氧化物混合水凝胶质量的5-20倍。本专利技术提供的铈基固溶体催化剂可应用在催化燃烧消除エ业可挥发性有机废气污染中。所述有机废气可以为为苯、甲苯、ニ甲苯、氯苯、ニ氯甲烷、正己烷、环己烷、异丙醇、 乙酸乙酷、丙酮、乙醛、乙醇、甲基丙烯酸甲酯或ニ甲基甲酰胺。更具体的，所述催化燃烧在气固反应装置上进行取所述催化剂，置于反应管等温区，原料气和空气分两路进入，原料气通过o°c冰水浴然后与另一路空气汇合进入反应管， 在反应管内经催化剂作用进行催化燃烧反应，有机废气浓度为2000 20000mg/m3，所述的催化燃烧反应温度为150 450°C，空速为GHSV = 10000 δΟΟΟΟΙΓ1。4本专利技术有益效果主要体现在采用分步沉淀技术分别制备催化剂活性(具有高活性)和结构(具有高稳定性)単元的氧化物前体，然后通过乙醇超临界干燥技术构筑规整的晶体结构，使催化剂既具高活性也具高热稳定性，可以抵抗800°C内的高温冲击，显著增加催化剂使用寿命，拓展铈基固溶体催化剂在催化燃烧领域的应用范围。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一歩描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于此实施例1按Ce/Cu/Mn/Co 摩尔比为 1. 0/0. 2/0. 4/0. 1，取 Ce、Cu、Mn、Co 的硝酸盐，溶解于去离子水，配成金属离子总浓度为1. Omol/L的水溶液。取Ce、Cu、Mn、C0离子溶液20ml，搅拌滴加1. Omol/L的氢氧化钠溶液，使pH = 10，停止滴加，过滤得到氢氧化物，用去离子水洗涤两次，氢氧化物水凝胶在80°C下恒温干燥证，得到Ce-Cu-Mn本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢晗锋，周瑛，陈银飞，黄海凤，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：