[发明专利]用于催化消除VOCs的CuO和Fe2O3负载介孔氧化锰的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种廉价简单介孔氧化锰载体的制备，及其负载贱金属氧化物CuO和Fe₂O₃催化剂的制备方法，并且用于低温催化消除VOCs气体。

背景技术

介孔氧化物材料是一类最常见的介孔材料，也是应用最广泛的一类材料。介孔氧化物材料经过多年的研究，其独特的特点和优越的性能逐渐被人们理解，其应用已不仅仅限于传统的催化、吸附等领域，而是成为跨越光、电、磁、纳米工程、生物工程、医药等领域的多功能材料。

挥发性有机物(Volatile organic compounds(VOCs))是城市大气的主要污染物，主要来源于汽车尾气排放、工业生产和能源使用过程。VOCs大多有毒，可诱发疾病和致癌，甚至致畸。VOCs污染在国际上已被列为危害人体健康的五大因素之一。以臭氧为主的光化学烟雾的形成主要是由VOCs主导的化学反应过程。因此，对大气VOCs的控制和治理是环境保护的一个关键问题。

苯是所有VOCs气体中最难转化的物质，而且是室内外分布最广的物质之一，因此，本发明以苯为探针来研究VOCs的催化消除。目前国内外对苯的催化消除研究较少，而且完全催化消除苯的反应温度较高，所使用的催化剂大多是钯和铂负载催化剂，而使用廉价金属氧化物的研究较少，完全氧化温度较高。例如：波兰R.Dula课题组研究发表的“Mn-containing catalyticmaterials for the total combustion of toluene：The role of Mn localisation in thestructure of LDH precursor”(Catalysis Today119(2007)327-331)论文中，使用以水滑石为前驱体制备的Mg/Mn/Al混合氧化物催化剂对甲苯进行催化燃烧反应，其完全催化消除温度，在空速30,000h^-1(低于本发明的80,000h^-1)时接近400℃，而甲苯相对比苯更容易催化氧化消除。

本项目的实施得到国家自然科学基金(编号：20777005)、北京市自然科学基金(编号：8082008)和北京市组织部优秀人才基金(编号：20071D0501500210)项目资金的资助，是这些项目的研究内容。

发明内容

本发明的目的是提供贱金属氧化物CuO和Fe₂O₃负载介孔氧化锰低温催化消除VOCs气体的制备方法。

本发明催化剂，在高空速下(80,000h^-1)，对低浓度苯(1000ppm)具有较高的低温催化消除活性：1)CuO负载介孔氧化锰催化剂，在280～290℃时，完全将苯氧化成CO₂和H₂O，在84～100℃时将CO完全氧化成CO₂；2)Fe₂O₃负载介孔氧化锰催化剂，在300℃时，完全将苯氧化成CO₂和H₂O，在125～130℃时将CO完全氧化成CO₂。

本发明提供的介孔氧化锰的制备是用于催化剂载体，贱金属氧化物CuO和Fe₂O₃为催化剂活性组分。用顺丁烯二酸和高锰酸钾为原料，使用sol-gel(溶胶-凝胶)法制备介孔氧化锰载体，使用湿浸渍法负载贱金属氧化物CuO和Fe₂O₃。具体制备通过如下技术方案实现：

本发明所提供的上述催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)介孔氧化锰的制备

将摩尔比为1～4∶1的KMnO₄和顺丁烯二酸配成溶液，温度保持在30℃～60℃，搅拌10～30分钟后，静置15～30小时。倒掉上清液，在室温下抽滤、乙醇洗涤，得到的黑棕色凝胶体，然后将该凝胶体在80℃～120℃抽真空干燥15～24小时，得黑色固体。用乙醇溶液将该固体浸泡15～24小时，抽滤、蒸馏水洗涤，在80℃～120℃抽真空干燥，获得黑色粉状固体。在20～40ml/min的空气流中，将粉状固体200℃～400℃焙烧2～5小时得到介孔氧化锰。

(2)湿浸渍法贱金属CuO和Fe₂O₃负载介孔氧化锰的制备