[发明专利]一种用于VOCs催化氧化的纳米花尖晶石CoMn2

说明书

本发明属于环境催化净化技术领域，提供一种用于VOCs催化氧化的纳米花尖晶石CoMn₂O₄催化剂、制备方法及其应用。草酸作为沉淀剂，洗涤、干燥、煅烧，得到尖晶石CoMn₂O₄催化剂。本发明制备的CoMn₂O₄催化剂展现出纳米片自组装形成纳米花状结构。相比氧化物Co₃O₄、MnO_x和混合相Co₃O₄/MnO_x以及目前文献中报道的尖晶石CoMn₂O₄催化剂，本发明制备出的尖晶石CoMn₂O₄催化剂在VOCs去除中表现出较好的活性和稳定性，在220℃可以达到99％甲苯去除率，在90℃实现甲醛的100％转化，同时在170℃可对丙酮的去除率可以达到100％，具有较好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及一种尖晶石CoMn₂O₄高效去除VOCs的催化剂及制备方法，属于环境催化净化技术领域。

背景技术

随着相关化工工业不断发展，空气中排放出的挥发性有机污染物不断增多。挥发性有机污染物来源广泛，主要来源于室内装修装饰材料所使用有机溶剂、含水涂料、油漆等以及工业废气和机动车车尾气。面对挥发性有机污染物的不断增加以及对人类、动植物带来的不利影响，控制挥发性有机污染物的排放刻不容缓。催化氧化法去除VOCs作为一种高效的去除方法而被广泛应用，高效稳定催化剂的研发具有非常重要的意义。

研究发现过渡金属氧化物拥有较低的成本和较好的稳定性，并且具备良好的储放氧能力，能够在不同价态之间转换从而实现快速氧化还原反应，在多个催化氧化反应中表现出较好的催化活性。近年来，对锰基催化剂展开了大量研究，掺杂、添加其他过渡金属，改变单一组分过渡金属氧化物的内部结构，产生一些结构缺陷等，进而提高催化剂吸附氧、活化氧和传输氧的能力，最终提高过渡金属氧化物催化氧化活性。相比其余过渡金属氧化物催化剂，锰、铜和钴催化剂在VOCs的催化氧化反应中拥有相对较好的活性而被称为“环境友好型催化剂”。

尖晶石结构氧化物AB₂O₄由于具有一些独特性质，被广泛应用在诸多领域。中国专利网CN 102000576 A采用高温球磨法制备了双组分Cu-Co-O复合氧化物，以尖晶石CuCo₂O₄以及Cu-Co固溶体形式存在，在250℃实现甲苯的完全氧化，但是高温球磨法须将前驱体进行高温处理，将增加催化剂的制备成本。针对上述问题，目前发展尖晶石制备技术有溶胶凝胶法，沉淀法和水热/溶剂热法等，从而降低合成方法温度。Wang等采用硬模板法制备了三维介孔ZnCo₂O₄和CoFe₂O₄尖晶石催化剂，其分别在236℃和261℃达到90％苯去除率(ACSCatal.,2017.7, 1626-1636)。Liang等采用共沉淀法获得了锰铁尖晶石，其在250℃将甲醛完全矿化(J.Hazard.Mater.,2016.306,305-312)。Seyed Ali Hosseini等采用溶胶凝胶与共沉淀法分别制备了CoMn₂O₄尖晶石，并提出尖晶石结构缺陷对合成方法及条件比较敏感，其晶相结构包含混相的CoMn₂O₄和MnCo₂O₄两种结构，分别在320℃和260℃对甲苯和2-丙醇达到80％转化率，其比表面积只有31m²g^-1。(J.Environ. Sci.Health,Part A.,2011.46,291-297)。尽管已有相关制备尖晶石催化剂的前沿文献，但在温和条件下制备单一相的尖晶石催化剂仍很难控制，同时其比表面积偏低，VOCs低温氧化活性还有待提高，VOCs去除能耗较大，增加了其应用成本。