[发明专利]一种用于催化氧化乙醇的锰基氧化物催化剂、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂，具体地，本发明涉及一种用于催化氧化乙醇的锰基氧化物催化剂、制备方法及用途。

背景技术

减少可挥发性气体（VOCs）的排放是大气污染控制的主要目标之一。家装建材所使用的溶剂中缓慢释放的乙醇气体是室内乙醇污染的主要来源，使用乙醇混合燃料为动力的机动车尾气中释放的乙醇气体是机动车尾气污染的重要成分，两者都对人体健康构成重大危害。催化氧化法是大气污染物控制最为经济高效的方法。因此研究高效消除乙醇污染的催化技术，开发环境友好的催化材料，已成为改善人们生活环境质量的迫切任务。

现有用于完全氧化乙醇的催化剂主要分为贵金属催化剂和金属氧化物催化剂。贵金属催化剂中以Pd/Al₂O₃催化剂的催化活性最好，200℃时可将20000ppm的乙醇气体完全氧化（Fábio B.Noronha,Marcelo C.Lucia G. Appel etc.,The role of Ni on the performance of automotive catalysts:evluating the ethanol oxidation reaction.Catal.Today，85(2003),13-21）；金属氧化物催化剂以CuO，MnOx和Cu-MnOx复合氧化物催化剂的活性较好（H.Idriss,E.G.Seebauer,Reactions ofethanol over metal oxides.J.Mol.Catal.A:Chem.152(2000)201-212；L.Lamaita,Miguel A.Peluso,Horacio J.Thomas,Synthwsis and characterization of manganese oxides employed in VOCs abatement.Appl.Catal.B:Environ.61(2005)114-119；M.Roxana Morales,B.P.Barbero,Luis E.Cadús,Total oxidation of the ethanol and propane over Mn-Cu mixed oxide catalysts.Appl.Catal.B:Environ.67(2006)229-236）。但是贵金属催化剂的成本较高，不利于产业化应用。

现有技术中所公开的催化氧化乙醇催化剂存在完全转化温度高、选择性差、寿命短等问题，选择合适的方法制得性能优异的用于催化氧化乙醇的催化剂尤为重要。

现有研究中，具有孔道结构的OMS-2结构的锰氧化物是一种具有高效去除VOCs活性的催化剂（Renhu Wang,Junhua Li,Environ.Sci.Technol.2010,44,4282–4287）。氧化锰八面体分子筛（缩称OMS-2）自20世纪问世以来，以其特有的多孔结构，混合价态的锰，温和的表面酸碱性以及离子交换性，成为继沸石型四面体分子筛之后的又一个新的研究热点。它是由八面体MnO₆以共棱边和共棱角相连构成约为2×2的一维隧道结构，孔径大小约为0.46nm。锰元素以混合价态（Mn⁴⁺，Mn³⁺，Mn²⁺）位于八面体骨架中，隧道中K⁺和少量的水起着平衡电荷稳定隧道结构的作用，其中，K⁺可与外来的阳离子发生离子交换，从而改善OMS-2的电学和催化性能。由于自然界含有丰富的锰资源，而且，价格廉价，因此，开发和研究OMS-2具有明显的经济优势。

OMS-2的制备方法很多，主要有：回流法、水热合成法、溶胶-凝胶法、微波法、无溶剂法、水软化学法、超声波和高温法等。溶胶凝胶法存在着高温易烧结，干燥时收缩大等缺点，对反应物化学计量比、灼烧温度等条件要求较为严格；无溶剂法由于是一种物理混合过程，催化剂颗粒呈现为微团形态，组分之间的分散度与均匀性不如其它方法；微波法制备的催化剂稳定能力不强，且伴有杂质。

寻找温和可控的催化剂制备手段用以制备锰基氧化物催化剂成为本研究的重点，其中，水热合成法的原料价格低廉，制备方法简单，且可以实现大批量生产，因此采用水热合成方法制备的锰基氧化物催化剂是具有较好应用前景的乙醇低温氧化分解的高效催化剂。