[发明专利]一种大孔结构的镧基钙钛矿催化剂材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种具有大孔结构的镧基钙钛矿催化剂的制备方法及在炭烟颗粒催化燃烧中的应用。本发明提供了一种具有大孔结构的钙钛矿催化剂的制备方法，首先，该材料是具有大孔结构的钙钛矿催化剂材料，其中，所述钙钛矿材料为镧铁、镧钴、镧锰、镧镍钙钛矿的任意一种，所述的大孔结构是以葡萄糖造孔剂而得到的；其次，该制备方法主要利用葡萄糖为络合剂的方法将钙钛矿中A位与B位原子进行络合进而得到镧基钙钛矿。本发明所涉及的大孔结构的钙钛矿催化剂具有制备工艺简单、实用性强、容易实现规模化生产的优点。

技术领域

本发明属于催化剂材料制备技术领域，特别涉及一种大孔结构的镧基钙钛矿催化剂材料的制备方法与应用。

背景技术

钙钛矿或类钙钛矿型催化剂是指与天然CaTiO₃结构相同的氧化物。由于其结构可控、热稳定性好、催化效率高、价格低廉等优点，逐渐成为现代工业催化领域研究的热点。20世纪70年代初，Libby和Voorhoeve等初步研究了含钴或锰的钙钛矿催化剂在汽油机尾气方面的催化，发现钙钛矿型结构催化剂具有较高的活性(Libby W F.Sicence,1971,171:499；Voorhoeve R J H,Remeika J P,Freeland P E.Sicence,1972,177,353)。研究表明，钙钛矿催化剂是一种很有潜力的贵金属催化剂的替代品，具有一般催化剂没有的优点：(1)组成元素和化学成分多样；(2)颗粒物体积稳定且容易进行比表面积评估；(3)化学计量数、化学价、空位变化范围较大，对催化性能的改变潜力较大(Zhu J J,Li H L,Zhong L Y,et al,ACS Catalysis,2014,4,2917)。目前，钙钛矿型材料的制备方法目前主要有以下几种方法，共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等等，但是上述方法制备的钙钛矿催化剂在催化剂的形貌、孔径等的方面还存在一定的局限。尤其是无法利用上述方法制备具有大孔结构的钙钛矿催化剂，而本发明提供的一种制备方法可以有效的制备具有大孔结构的钙钛矿催化剂。

多孔材料作为一种新兴的孔材料，因其具有相对密度低、比强度高、比表面积大、透过性好、吸附性强、孔隙率大、重量轻、隔音、隔热等诸多优点，引起了人们的广泛关注与研究。按照国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的标准，可以将多孔材料分为三类：孔径尺寸在2nm以下的材料称为微孔材料；孔径尺寸在2-50nm的材料称为介孔材料；孔径尺寸大于50nm的材料称为大孔材料(徐如人，庞文琴.分子筛与多孔材料化学[M].北京：科学出版社)。随着人们对多孔材料研究的深入，多孔材料己经在吸附、分离、分析、催化等领域得到广泛的应用。近年来，环境污染的日益严重，多孔材料在环境污染治理的方面的研究己经成为当前多孔材料在应用领域的研究热点之一。将多孔材料尤其是大孔材料应用到炭烟颗粒的催化燃烧中具有重要的研究意义。

炭烟催化燃烧是一个气-固-固三相的深度氧化反应，改善催化剂与炭烟颗粒的接触和提高催化剂的本征的活性，可以有效的提高催化剂的活性。传统催化剂都具有一个共同特点，即它们的孔径一般小于10nm，但炭烟颗粒的直径一般都高于25nm。因此，当传统催化剂用于炭烟催化燃烧时，炭烟颗粒无法与催化剂内部表面丰富的活性位接触，从而降低了催化剂活性位的利用率造成活性的偏低(于学华,韦岳长,刘坚,等.中国科学:化学,2014,44,1905)。基于此，提高催化剂催化燃烧炭烟颗粒的活性需要考虑两方面因素：一、设计和制备高氧化还原性能的催化剂；二、研究新型结构催化剂体系，提高催化剂与炭烟颗粒之间的接触。因此，将具有高活性的催化剂设计成三维有序的大孔结构，有利于炭烟颗粒进入催化剂的内部并与内部的活性位点接触会促进炭烟颗粒的催化燃烧，提高催化剂的活性。但是，目前制备大孔结构尤其是三维有序大孔结构的催化剂需要用到模板法，模板的制备过程繁琐，而且也会增加催化剂的制备成本(Stein A,Schroden R C.Current Opinionin Solid State&Material Science,2001,5,553)。本发明以常见的葡萄糖作为络合剂和造孔剂制备大孔结构的钙钛矿催化剂具有制备工艺简单、实用性强、容易实现规模化生产的优点。

发明内容