[发明专利]用于空气中甲苯催化消除的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种苯系物催化燃烧催化剂，具体涉及一种用于空气中甲苯催化消除的催化剂及其制备方法。

背景技术

在人类生存环境日益恶化的今天，环境污染受到了世人的高度重视，大气环境作为人类重要的生存环境之一，其污染状况同样受到高度重视。挥发性有机物 (Volatile Organic Fempounds — VOCs) 是大气污染的重要组成部分，VOCs种类繁多，成分复杂，对人体健康和环境有极大的危害。苯系物(如，苯、甲苯和二甲苯等)是VOCs的重要组成部分，被广泛用作工业化学品的起始原料或溶剂，但它们却具有强致癌性和毒害中枢神经系统的作用，已引起了世界各国的高度重视。世界许多国家制定了苯系物的大气质量标准，如欧盟从2000年12月1日开始执行大气中苯的年均浓度限值为5 μg/m³，到2006年1月1日起为1 μg/m³。世界卫生组织(WHO)规定大气中甲苯日平均接触浓度限值为8.21 μg/m³。苯系物还与大气光化学烟雾、气溶胶的形成有着密切联系，生成毒性更大的光化学烟雾。对于苯系物的处理方法通常可分为两大类：一类是非破坏性技术即回收法；一类是破坏性技术，即通过化学或生物的技术使苯系物转化为二氧化碳、水以及氯化氢等无毒或毒性小的无机物，此类方法包括直接燃烧、催化燃烧、生物降解、等离子体氧化、光催化氧化法等常见技术。其中，催化燃烧可以在远低于直接燃烧温度条件下处理低浓度的苯系物气体，具有净化效率高、无二次污染、能耗低的特点，是处理苯系物应用最有效的处理方法之一。

国内外研究者对催化燃烧催化剂进行了大量相关研究，且大气中苯系物的净化处理技术已成为环境催化领域的一个研究热点，而相关研究的核心问题仍是催化材料的设计和开发的问题。目前，所用的苯系物催化燃烧催化剂主要有贵金属催化剂，包括含Pt、Pd、Ru和Au等，由于活性高、选择性好、使用寿命长，并且还具有良好的抗毒性能等优点，引起了研究者的极大兴趣。贵金属催化剂虽然具有很多优点， 但由于其价格昂贵而限制了贵金属催化剂在苯系物消除中的应用。因此，近年来价格低廉的过渡金属氧化物催化剂引起了人们的广泛兴趣。 对于过渡金属氧化物催化剂的研究发现，复合氧化物催化剂表现出优越的催化活性和稳定性，甚至可以达到贵金属催化剂的催化效果，而价格上又存在很大的优势，并且容易得到，因此具有广阔的应用前景。

另外，常规的金属氧化物存在比表面积小、孔隙不发达、孔径分布无规律等缺陷，这大大限制了其催化性能的发挥。近些年来，介孔材料的研究获得了巨大的发展，已由硅基材料发展为非硅基材料，其中介孔金属氧化物材料由于组分及价态的可调变性以及晶体网络结构等一些特殊性质，使其在光、电、磁、催化等领域的研究成为热点。介孔氧化物具有大的比表面积和发达的孔结构，这为催化剂具有高的催化活性提供了物质基础，通过CO催化氧化的研究结果证实介孔氧化物材料具有高的催化活性，但将介孔氧化物材料用于苯系物的催化消除的研究还未见报道。因此，开展介孔氧化物尤其是介孔复合氧化物的合成与苯系物催化消除性能的研究，不仅对介孔复合氧化物的合成和应用具有重要的应用价值和科学意义，对苯系物的催化消除和大气环境保护也具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于空气中甲苯催化消除的催化剂及其制备方法，该催化剂成本低廉且具有良好的低温甲苯催化燃烧活性。

本发明公开了一种用于空气中甲苯催化消除的催化剂，该催化剂的活性组分为Fe和Mn的复合氧化物，所述Fe和Mn的复合氧化物具有介孔结构。

进一步，所述Fe和Mn的复合氧化物中，Fe与Mn的原子比为1.5:1~1:1.5。

本发明还公开了上述用于空气中甲苯催化消除的催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1）一次浸渍：将模板剂浸渍于铁盐与锰盐的溶液中，再蒸干溶剂并干燥处理，制得干料；

2）一次焙烧：在马弗炉中焙烧步骤1）制得的干料；

3）二次浸渍：将一次焙烧后的产品再次浸渍于铁盐与锰盐的溶液中，再蒸干溶剂并干燥处理，制得干料；

4）二次焙烧：在马弗炉中再次焙烧步骤3）制得的干料；

5）模板剂去除：用去模板剂洗涤二次焙烧后的产品，去除产品中的模板剂；

6）水洗烘干：水洗去除模板剂后的产品至中性，然后烘干，制得所述催化剂。

进一步，所述步骤1）和步骤3）中，模板剂为介孔KIT-6模板剂，铁盐为硝酸铁，锰盐为硝酸锰，铁盐与锰盐的溶剂为无水乙醇。