[发明专利]三维有序大孔LaMnO3负载的高分散MnOx的催化剂、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维有序大孔LaMnO₃负载的高分散MnO_x高效甲苯氧化催化剂及其制备方法，具体地说涉及采用胶晶模板法原位制备对甲苯氧化具有高催化活性的三维有序大孔LaMnO₃负载的高分散MnO_x催化剂，属于功能材料技术领域。

背景技术

工业废气里含有的挥发性有机物(VOC)是造成大气污染的主要来源之一，因此对高效消除VOC的研究迫在眉睫。催化氧化法是一种有效的手段。钙钛矿型氧化物(ABO₃)是一类具有结构缺陷(阴离子或阳离子空位)的复合氧化物，对VOC氧化反应显示出良好的催化性能，属于完全氧化型催化材料。将ABO₃制成三维有序大孔(3DOM)材料，既可以提高材料比表面积，又允许物质从各个方向进入孔内从而降低物质扩散阻力、为物质的扩散提供最佳流速及更高效率，而高分散态的氧化锰(MnO_x)本身也具有很好的催化活性，因此，3DOM ABO₃负载的MnO_x催化剂对于VOC氧化反应将显示出更好的物化性能，在作为载体、催化剂和分离材料等诸多领域应用前景广阔。

3DOM钙钛矿型氧化物目前一般采用胶晶模板法制备，已有文献报道过采用胶晶模板法制备钙钛矿型氧化物。例如：Kim等采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球为硬模板，以醋酸镧，醋酸锰和醋酸钙为金属源，以乙二醇甲醚和乙醇为溶剂，将所得前驱物在空气气氛中于600℃焙烧后制得了具有3DOM结构的La_0.7Ca_0.3MnO₃(Y.N.Kim，et al.，Solid State Communications，2003，128：339-343)。Sadakane等采用聚苯乙烯(PS)微球为硬模板，以硝酸镧，硝酸锶和硝酸铁为金属源，以乙二醇和甲醇为溶剂，将所得前驱物在空气气氛中于700℃焙烧后获得了具有3DOM结构的La_1-xSr_xFeO₃(x＝0～0.4)(M.Sadakane，et al.，Chemistry of Materials，2005，17：3546-3551)。Xu等采用经过改性的PMMA微球为硬模板，以硝酸镧，硝酸钴和硝酸钾为金属源，以乙二醇和甲醇为溶剂，将所得前驱物在空气气氛中于700℃焙烧后制得了具有3DOM结构的La_1-xK_xCoO₃(x＝0～0.3)(J.F.Xu，et al.，Journal of Catalysis，2011，282：1-12)。

过渡金属氧化物MO_x(M＝Mn、Co、Cr、Ni、Fe、V、Cu)含有多种氧化态金属离子和晶格缺陷(氧空位)，有利于VOC和O₂的吸附与活化，使得该类材料在VOC的完全氧化反应中表现出良好的催化活性，其中以CoO_x、MnO_x和CrO_x的催化活性为最好。将MO_x担载于高比表面积的载体上，还可进一步提高其催化活性。Wyrwalski等报道当空速为27000h^-1和反应温度低于290℃时，甲苯在4.0wt％Co₃O₄/ZrO₂催化剂上的转化率达100％(F.Wyrwalski，et al.，Catalysis Today，2007，119：332-337)。