一种纤维状纳米多孔催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种纤维状纳米多孔催化剂及其制备方法和应用，该催化剂为在有序结构的宏观基体材料上负载Lal-xCaxMnO3的多孔材料，其中x大于0而小于1，Lal-xCaxMnO3在有序结构的宏观基体材料上的担载量为重量比40～60％，采用化学气相沉积法在有序结构的宏观基体材料上，合成碳纳米纤维，然后以碳纳米纤维作模板将Lal-xCaxMnO3复合氧化物固化在有序结构的宏观基体材料上，最后焙烧去除碳纳米纤维，制得纤维状纳米多孔Lal-xCaxMnO3催化剂。与现有技术相比，本发明专利技术的纤维状纳米多孔Lal-xCaxMnO3催化剂具有很强的吸附和催化性能，本发明专利技术的制备工艺简单、成本低廉、且重复性高，社会经济效益显著，有利于其推广应用，具有潜在的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无机催化材料及其制备方法和应用，尤其是涉及一种高性能催化氧化柴油车尾气中碳黑颗粒的纤维状纳米多孔催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
汽油机和柴油机是汽车最主要的动力源，而柴油机以其低油耗、高功率、高可靠性和耐久性的优势，逐渐成为车用动力的首选。但是，柴油车尾气排放的碳黑颗粒已引起严重的环境污染问题，并且随着汽车柴油化的日益加快，这一趋势 将更加突出，因此控制和消除柴油车尾气碳黑颗粒的排放具有十分重要的意义。科学研究表明，采用氧化型催化剂将碳黑颗粒氧化成CO2是目前减少碳黑颗粒污染的最直接有效的排放后处理方法。LahCaxMnO3复合氧化物是一类具有优异催化氧化碳黑颗粒反应活性的催化材料。目前LahCaxMnO3复合氧化物常用的制备方法主要有自燃烧法、水热法、溶胶-凝胶法、固相法、共沉淀法以及化学气相沉积法等。而采用以上方法制备得到的材料主要以纳米粉末状态存在，粉末状催化剂在使用中会存在很多不利弊端，例如压力降和热传递问题、以及接触效率低和催化剂难于分离等。因此积极研制和开发具有高质量和高性能样品的新工艺和新技术一直是研究者们坚持不懈的追求目标。纳米碳纤维作为一种新型的碳材料，不仅具备优异的物理和化学稳定性，同时还兼具缺陷数量少、比表面积大、高比模量、高比强度高导电性等优点。另外，纳米碳纤维在成本和产量上与碳纳米管相比具有绝对的优势。纳米碳纤维可以通过工艺简单、成本低廉的化学气相沉积法(chemical vapor deposition, CVD)制备得到。目前纳米碳纤维已经大量应用在航空航天、体育娱乐产品、土木建筑以及交通运输等领域。此外，纳米碳纤维在电极材料、存储材料、催化剂载体、高效吸附剂以及复合材料等方面也有着广阔的应用前景。尤其是近年来纳米碳纤维作为一种新兴的模板材料，其应用前景十分广阔。采用纳米碳纤维模板技术可以调控制备出纤维状纳米多孔LahCaxMnO3复合氧化物，该法可以实现将纤维状纳米1^1_!^&!^1103复合氧化物固化在各种有序结构的宏观基体材料上，而且通过优化制备条件，最终可以得到高质量有序结构宏观基体与微观颗粒复合的多孔材料，该类材料将具有很强的吸附和催化性能，可以规避使用传统纳米粉末催化剂所带来的各种弊端，能更为有效地降低柴油车尾气中碳黑颗粒的排放，因而具有潜在的实际应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有强大吸附能力和催化性能、制备工艺简单、成本低廉、且重复性高的纤维状纳米多孔催化剂及其制备方法和应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现一种纤维状纳米多孔催化剂，该催化剂为在有序结构的宏观基体材料上负载La1^xCaxMnO3的多孔材料，其中χ大于O而小于1，La1^xCaxMnO3在有序结构的宏观基体材料上的担载量为重量比40 60%。所述的有序结构的宏观基体材料选自棒状纤维、蛭石、水滑石、蜂窝陶瓷体或AAO多孔阳极氧化铝膜。一种纤维状纳米多孔催化剂的制备方法，采用化学气相沉积法在有序结构的宏观基体材料上，合成碳纳米纤维，然后以碳纳米纤维作模板将LahCaxMnO3复合氧化物固化在有序结构的宏观基体材料上，最后焙烧去除碳纳米纤维，制得纤维状纳米多孔LahCaxMnO3催化剂。该方法包括以下步骤(I)将有序结构的宏观基体材料浸溃在制备金属氧化物催化剂的相应金属盐的前驱液中，300 350°C焙烧、冷却后，得到固化金属氧化物催化剂的有序结构的宏观基体材 料；(2)在550 600°C、常压下，将固化金属氧化物催化剂的有序结构的宏观基体材料与碳源进行化学气相沉积反应2 3小时，冷却后即得固化在有序结构的宏观基体材料上的碳纳米纤维；(3)将固化在有序结构的宏观基体材料上的碳纳米纤维浸溃在制备LahCaxMnO3复合氧化物的相应金属盐的前驱液中，抽滤并干燥处理；(4)重复步骤(3) 3 4次；(5)在高于600°C下，在空气中将步骤(4)所得物焙烧5 6小时，去除碳纳米纤维模板，得到纤维状纳米多孔LahCaxMnO3催化剂。所述的制备金属氧化物催化剂的相应金属盐的前驱液为含有Ni、Co或Fe离子的溶液。所述的金属氧化物催化剂为Ni、Co或Fe的氧化物。所述的金属氧化物催化剂的重量为有序结构的宏观基体材料的O. 8 I. 2%。所述的碳源为CH4、C2H4或CO气体。所述的CH4、C2H4或CO气体的流量为20 30mL/min。所述的制备LahCaxMnO3复合氧化物的相应金属盐的前驱液为含有La、Ca及Mn离子的盐溶液。所述的制备LahCaxMnO3复合氧化物相应的金属盐前驱液的总离子浓度为O. 2 O.4mol/L。所述的干燥处理为300°C干燥处理。纤维状纳米多孔催化剂用来催化氧化柴油车尾气中碳黑颗粒。与现有技术相比，本专利技术的纤维状纳米多孔催化剂是一种宏观基体与微观微粒相复合的多孔材料，具有很强的吸附和催化性能，可以克服催化反应中使用传统纳米粉末催化剂所带来的各种弊端，如压力降和热传递问题、以及接触效率低和催化剂难于分离等，能更为有效地降低柴油车尾气中碳黑颗粒的排放；本专利技术采用化学气相沉积法(CVD)合成碳纳米纤维模板，其制备工艺简单、成本低廉、且重复性高，通过控制化学气相沉积的条件可以有效地调控碳纳米纤维模板的形成；本专利技术制备方法科学、合理易行、社会经济效益显著，有利于其推广应用，具有潜在的应用前景。附图说明图I为SiO2纤维上碳纳米纤维的低放大倍数扫描电镜图；图2为SiO2纤维上碳纳米纤维的高放大倍数扫描电镜图；图3为纤维状纳米多孔LahCaxMnO3U = O. I)催化剂的低放大倍数扫描电镜图；图4为纤维状纳米多孔LahCaxMnO3U = O. I)催化剂的高放大倍数扫描电镜图；图5为纤维状纳米多孔LahCaxMnO3U = O. 2)催化剂的低放大倍数扫描电镜图；图6为纤维状纳米多孔LahCaxMnO3U = O. 2)催化剂的高放大倍数扫描电镜图；图7为纤维状纳米多孔LahCaxMnO3U = O. 5)催化剂的低放大倍数扫描电镜图； 图8为纤维状纳米多孔LahCaxMnO3U = O. 5)催化剂的高放大倍数扫描电镜图；图9为纤维状纳米多孔LahCaxMnO3U = O. 1,0. 2,0. 5)催化剂X射线粉末衍射(XRD)图；图10为纤维状纳米多孔LahCaxMnO3催化剂催化氧化碳黑颗粒的热重曲线图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例ISiO2纤维上合成碳纳米纤维模板I)首先采用浸溃法制备Ni0/Si02纤维整体催化剂将O. 2g SiO2纤维浸溃在以丙酮为溶剂的O. 3mol/L的Ni (NO3)2 · 6H20溶液中，然后真空抽滤用以去除其表面过剩溶液，经300°C焙烧后冷却到室温得到Ni0/Si02纤维整体催化剂。2)其次采用化学气相沉积法制备碳纳米纤维模板将上述得到的Ni0/Si02纤维作为催化剂放入石英反应管中，石英反应管置于反应体系的恒温区，通入氮气保护将反应体系由室温升至550°C，然后常压条件下通入2h流量为20mL/min的CH4气体进行碳纳米纤维生长，最后反应体系在氮气气氛下冷却至室温从而得到固化在SiO2纤维上的碳纳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维状纳米多孔催化剂，其特征在于，该催化剂为在有序结构的宏观基体材料上负载LahCaxMnO3的多孔材料，其中χ大于O而小于1，La1^xCaxMnO3在有序结构的宏观基体材料上的担载量为重量比40 60%。2.根据权利要求I所述的一种纤维状纳米多孔催化剂，其特征在于，所述的有序结构的宏观基体材料选自棒状纤维、蛭石、水滑石、蜂窝陶瓷体或AAO多孔阳极氧化铝膜。3.—种如权利要求I所述的纤维状纳米多孔催化剂的制备方法，其特征在于，采用化学气相沉积法在有序结构的宏观基体材料上，合成碳纳米纤维，然后以碳纳米纤维作模板将LahCaxMnO3复合氧化物固化在有序结构的宏观基体材料上，最后焙烧去除碳纳米纤维模板，制得纤维状纳米多孔LahCaxMnO3催化剂。4.根据权利要求3所述的一种纤维状纳米多孔催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 (1)将有序结构的宏观基体材料浸溃在制备金属氧化物催化剂的相应金属盐的前驱液中，300 350°C焙烧、冷却后，得到固化金属氧化物催化剂的有序结构的宏观基体材料； (2)在550 600°C、常压下，将固化金属氧化物催化剂的有序结构的宏观基体材料与碳源进行化学气相沉积反应2 3小时，冷却后得到固化在有序结构的宏观基体材料上的碳纳米纤维； (3)将固化在有序结构的宏观基体材料上的碳纳米纤维浸溃在制备LahCaxMnO3复合氧化物的相应...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴强，赵立，吴江，姚伟峰，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：