[发明专利]一种复合金属氧化物及其制备方法和应用

说明书

技术领域：

本发明涉及一种复合金属氧化物及其制备方法和应用。

技术背景：

一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)是卷烟烟气中的主要有害物质(Prog.EnergyCombust.Sci.，7(1)(1981)：135-153)。其中CO与血红蛋白的亲和力比氧气高200倍左右，一经吸入即与血红蛋白结合，容易导致人体缺氧，是心血管疾病的一个重要诱发因素之一。NOx主要以NO的形式存在，虽然NO对多种疾病(如心血管疾病、神经系统疾病以及肺部疾病乃至肿瘤等)具有治疗和缓解作用，但过量的NO积累对机体的器官组织会造成损伤，严重危害人体健康。因此，采用有效的减害手段降低卷烟烟气中CO和NO等有害物质的含量，对提高卷烟的吸食安全性、保护人体健康具有重要的意义。

对于降低卷烟烟气中一氧化碳和一氧化氮的含量，国内外已进行了大量研究工作，主要包括：稀释法、吸附过滤法和催化法。其中，催化法以金属或金属氧化物为催化剂将烟气中CO选择性催化氧化为CO₂，或将NO选择性还原为N₂，被认为是最有效和最有应用前景的选择性降害途径之一。因此，开发经济实用的烟用催化剂，选择性地降低卷烟烟气中CO和NOx等有害成分，最大程度减少卷烟烟气中香味成分的损失，是烟草行业解决“吸烟与健康”问题的一条重要途径。

目前，研究者们最感兴趣的是在卷烟滤棒区域实现CO的低温催化氧化。添加于滤棒的低温催化剂以担载型贵金属催化剂为主。国外各大烟草公司相继开展这方面的研究工作，日本烟草公司拥有两项该方面的专利，包括担载在活性炭和膨润土混合物上的Pd-MnO₂(日本专利：59/029036)、Pd-Cu(日本专利：60/224483)、Pd-Cu-V(日本专利：56/015683)催化材料；Philip Morris公司开发了以碱金属为助剂的Pt-FeO₃/TiO₂(美国专利4940686)及Pt-V₂O₅-Fe₂O₃/Al₂O₃(美国专利：4956330)催化剂。中国专利03121750.8应用纳米贵金属制备复合卷烟滤棒，研制出低焦油、低CO白沙“和”牌卷烟产品。然而，卷烟烟气中的焦油和水蒸气副产物等很容易毒化位于低温滤棒区的催化剂，并且昂贵的价格在很大程度上限制了贵金属烟用催化剂的广泛应用。因此，低成本、高活性烟用催化剂的研发显得尤为重要。

根据卷烟的燃烧特性，在燃吸过程中，卷烟的热解区和燃烧区为200-900℃的中高温区域。此温度条件有利于过渡金属和稀土金属氧化物等低成本中高温催化剂对一氧化碳和一氧化氮等的催化脱除。因此，将中高温催化剂添加于烟草薄片、烟丝及卷烟纸可望实现烟气中一氧化碳和一氧化氮等有害物质的有效脱除。最近，美国PhilipMorris公司在这方面进行了大量研究工作，开发了一系列纳米级过渡金属氧化物催化剂(美国专利6782892 B2、美国专利2004007241A1，美国专利2004040566A1)，用于选择性降低卷烟烟气中一氧化碳和一氧化氮的含量，但到目前为止并没有开发出相应的低危害卷烟产品。

发明内容：

本发明的目的是提供一种复合金属氧化物及其制备方法，该复合金属氧化物可用于催化降低卷烟中一氧化碳和一氧化氮。

本发明针对卷烟的吸燃特性及烟气的复杂成分，设计了低成本且具有高氧化还原催化活性和强水热稳定性的纳米级钙钛矿型复合氧化物烟用催化剂，在催化氧化一氧化碳的同时，将一氧化碳催化氧化和一氧化氮催化还原反应耦合，于卷烟燃烧区和热解区有效降低卷烟烟气中一氧化碳和一氧化氮等有害物质。

本发明催化剂为A_1-XA｀_XB_1-YB｀_YO₃型钙钛矿复合金属氧化物。(其中，0≤X≤1，0≤y≤1；A和A｀分别为La、Ce、Sr、Na、K、Be、Mg、Ca和Ba等稀土金属、碱金属和碱土金属元素，并且彼此价态不同；B和B｀分别为Fe、Co、Ni、Cu和Mn等过渡金属元素，并且彼此价态不同。)