[发明专利]用于低温消除VOCs气体的层状氧化锰催化剂制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于催化燃烧消除VOCs气体的层状氧化锰(OL)制备，及其用于低温高效催化燃烧消除VOCs气体。

背景技术

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气体大多有毒，可诱发疾病和致癌，甚至致畸。VOCs气体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气体主导的化学反应过程。因此，对大气VOCs气体的控制和治理是环境保护的一个关键问题。催化燃烧为处理VOCs气体较理想的方法，它是借助催化剂使VOCs气体较低的起燃温度下进行无焰燃烧分解为二氧化碳和水蒸气。

苯系物是所有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，本发明以甲苯代表VOCs气体之一。目前国内外对苯系物的催化消除研究较少，而且完全催化消除苯系物的反应温度较高，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 Today 119(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苯系物进行催化燃烧反应，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℃。

甲醛是挥发性有机物(VOCs)的一种，普遍存在于人们日常生活的各种装修材料中，还有化妆品、清洁剂、杀虫剂、消毒剂、防腐剂等。甲醛能导致耳、鼻和喉癌症，甚至神经系统功能的丧失等。目前国内外对催化燃烧消除甲醛的研究较少，就目前所有报道的文献来看，虽然也有较好的活性，但是大多数使用贵金属Pd和Pt负载催化剂，而使用氧化物，如：氧化锰，催化剂催化燃烧处理甲醛的报道极少，本研究使用层状氧化锰催化剂获得很好的催化消除活性和稳定性。

层状氧化锰OL，是一类二维层状锰氧化物，其片层由锰氧八面体MnO₆共边或共角构成，层间由水分子、Na⁺或K⁺相互占据填充，层间距约0.7nm，并随含水量和金属离子的不同而不同。作为一种新型的功能材料，已有报道层状氧化锰OL在催化热分解氨基二甲苯胺和液相氧化醇类等中都具有较为理想的催化活性，因而具有广阔地工业应用前景。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一种使用廉价高锰酸钾为原料，使用缓冲溶液和分散剂调节方法制备出高比表面积和热稳定性高的层状氧化锰(OL)，并将其用于低温催化燃烧消除VOCs气体。由于甲苯为VOCs气体中为较难催化消除的物种，所以本发明以甲苯和甲醛代表VOCs气体，用所制备催化剂催化燃烧处理此类VOCs气体。

本发明提供一种用于催化燃烧消除VOCs气体催化剂的制备方法。

(1)本发明所提供的上述催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将醇加入到3～6mol.L^-1的KOH溶液中混合(其中醇∶KOH溶液(体积比)＝1∶(1～3))。将此混合液缓慢加入到0.3～0.6mol.L^-1KMnO₄溶液(其中混合液∶KMnO₄溶液(体积比)＝(1～3)∶1)。将0.0g～2.0g的PVP(分子式(C₆H₉NO)_n，分子量1000)溶于以上混合液中[其中，PVP∶KMnO₄(摩尔数)＝(0～0.004)∶1)]，持续搅拌10～12小时，静置老化4～7小时，产物在20～40ml/min流动空气氛围下80～120℃处理24～48小时。最后用蒸馏水洗涤至pH值＝7～9，120℃干燥24小时，得黑色OL前躯体，随后放入马弗炉中，以1℃/min的速率升到300℃～500℃焙烧2～4小时，得到OL。