[发明专利]介孔锰基复合金属氧化物及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，具体涉及一种介孔锰基复合金属氧化物及其制备方法和用途。 

背景技术

一氧化氮(NO)是毒性大、危害性极强的大气污染物。道路隧道和地下停车场等城市地下半封闭空间中广泛存在着常温、浓度为数ppm的氮氧化物污染（NOx，其中NO占95%以上），远超国家二级空气质量标准，对相关人员健康造成严重危害。现役NO治理技术主要为选择性催化还原法（SCR），投资运行成本高，操作复杂，且仅适用于烟气和汽车尾气中的高温（≥200℃）、高浓度（数百ppm及以上）NO的脱除，难以满足常温低浓度NO治理的需要。吸附法简便易行，是实施低浓度NO常温脱除的可行方案。中国专利CN101884906B、CN102451746A、CN101480603B、CN101530799B均公开了可用于低浓度NO常温吸附的材料及制备方法，但是，它们都需要使用活性炭或分子筛作为载体。 

介孔材料是一类孔径分布集中在2～50nm的多孔纳米材料，具有高的比表面积（可提供大量活性位点）、大而通透的孔道（利于反应物的快速传输），在催化、吸附等领域体现出良好性能，应用前景广阔。复合金属氧化物是两种以上金属离子与氧离子形成的一种新型氧化物，往往受益于不同金属离子之间的协同作用，从而体现出优于相应单金属氧化物的性能，受到越来越多的关注。因此，如果把复合金属氧化物制备成为介孔结构，将使其具有较高的比表面积和优良的介孔孔道，体现出更为优异、丰富的性能。 

锰基复合金属氧化物在催化、吸附、电学、磁学等多个领域都有着良好表现。例如，Fe-Mn复合金属氧化物可用于选择性催化还原燃料尾气中的氮氧化物，也可用于高效吸附水中砷、铬、铅、镉、锑等重金属离子；Co-Mn复合金属氧化物可用于CO催化氧化、合成气催化制备烯烃、气体脱硫等；Ni-Mn、Zn-Mn复合金属氧化物可用于超级电容器、电池等。目前，尚无关于具有介孔结构的X-Mn（X=Fe、Co、Ni、Zn）复合金属氧化物制备的专利报道。而学术文献调研显示，目前相关材料主要是通过共沉淀法、溶胶凝 胶法等传统方法合成，所得材料比表面积较低。一些较新的合成方法又不利于规模化生产，例如，水热法需要使用耐高温高压反应釜，设备造价高、运行危险性大；而硬模板复制法需要首先制备介孔氧化硅、介孔炭等模板，成本高、工艺路线长。 

发明内容

本发明为了解决现有锰基复合金属氧化物的比表面积低，不利于吸附氮氧化物，目的之一在于提供一种介孔锰基复合金属氧化物。 

本发明的介孔锰基复合金属氧化物为介孔X-Mn复合金属氧化物，其中，X为过渡金属元素，所述介孔锰基复合金属氧化物的比表面积为100～260m²/g。优选地Mn与X的摩尔比大于1:1，更优选为2～8:1。 

优选地，X为Fe、Co、Ni或Zn。 

其中，介孔锰基复合金属氧化物的平均孔径为4～11nm，孔容为0.3～0.5cm³/g。 

优选地：本发明的介孔锰基复合金属氧化物的比表面积为107～253m²/g，平均孔径为4.3～10.4nm，孔容为0.31～0.42cm³/g。 

另本发明针对现有技术中的锰基复合金属氧化物不利于规模化生产，提供一种制备介孔锰基复合金属氧化物的方法，其包括如下步骤： 

A)于搅拌下，将草酸溶液加入到金属离子溶液中，生成沉淀；其中，所述金属离子溶液含有二价锰离子和二价过渡金属离子； 

B)继续搅拌至充分沉淀，抽滤、水洗、烘干得单相复合金属草酸盐；以及 

C)将单相复合金属草酸盐缓慢升温至200～400℃后，继续保温煅烧1～4小时，得到介孔锰基复合金属氧化物。 

其中，步骤A)中的金属离子溶液是将水溶性二价锰盐和水溶性二价过渡金属盐共同溶解于水中得到；草酸溶液是将草酸溶解于60～100℃水中得到。 

优选地，所述二价过渡金属盐为亚铁盐、亚钴盐、亚镍盐或锌盐。 

优选地，二价锰盐与二价过渡金属盐的摩尔比例大于1:1，优选2～8:1；草酸的摩尔量等于二价锰盐与二价过渡金属盐的摩尔量之和。 

其中，步骤B)中，继续搅拌1～3小时；烘干温度为60～110℃； 

步骤C)，在马弗炉中，在常压下，将单相复合金属草酸盐以1℃/min速率缓慢升温。