[发明专利]碱土金属离子取代OMS-2催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碱土金属离子取代OMS‑2催化剂，包括OMS‑2载体和活性碱土金属，活性碱土金属为Mg、Ca或Sr离子，活性碱土金属离子负载在所述OMS‑2载体的孔道内；所述活性碱土金属离子与所述OMS‑2载体中Mn的摩尔比为0.01～0.08：1。本发明制备方法以高锰酸钾为氧化剂，硝酸锰为还原剂，在体系中引入一定浓度含碱土金属盐溶液，采用温和的一步水热合成法，合成了碱土金属离子取代OMS‑2催化剂。该催化剂催化活性高、价格低廉，在180～260℃温度下，苯催化净化效率超过90％，成功替代了贵金属催化剂。

技术领域

本发明涉及催化剂技术，具体地指一种碱土金属离子取代OMS-2 催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

挥发性有机物(volatile organic compounds，VOCs)作为大气污 染的重要污染因子，不仅是引起多重环境效应(如光化学烟雾、二次 有机气溶胶等)的罪魁祸首，同时也是导致人体健康风险的隐形杀手 (如致畸致癌、致突变等)。随着经济的快速发展，我国VOCs的排放 量已呈逐年增加趋势，发展高效净化VOCs的新技术和新方法已经成 为了近年来研究的热点，也是我国控制大气污染物排放亟需解决的重 要难题。

热催化氧化技术由于具有处理VOCs废气效率高、没有二次污 染，以及不存在吸附饱和等优点，被认为是最有前景的VOCs处理技 术之一。负载贵金属(如：Pt、Pd)催化剂是当前使用较为成熟的高 效催化剂，其最大的技术瓶颈在于Pt和Pd等贵金属在地壳中的含量非常低，资源紧缺，因此使用贵金属催化剂的经济成本较高，从而限 制了其推广应用。基于此，发展环境友好、廉价易得、高活性、稳定 性好且能够代替贵金属使用的催化剂，不仅能够带来巨大的经济效 益，同时也可以为我国VOCs控制技术的发展起到积极的推动作用。

隐钾锰矿(KMn₈O₁₆，OMS-2)由于具有价格低廉、环境友好以 及独特的物理化学性能如：2×2分子筛孔道结构、混合价态(3⁺，4⁺)、 容易释放晶格氧等，近年来广泛应用于催化氧化VOCs,被认为是最 有希望代替贵金属用于VOCs的催化净化的材料之一，受到人们广泛关注。然而未经修饰的OMS-2的低温VOCs催化活性一般都很低， 因此，需要通过物理的和化学的手段来调控OMS-2的微结构，使其 具有较高的催化氧化VOCs性能。通过金属离子取代OMS-2孔道中 K+和/或骨架上的Mn离子来改变OMS-2物理化学性能策略是提高 OMS-2的低温催化活性使用较为广泛的方法之一。然而，现有报道 金属离子替代OMS-2催化剂主要集中于碱金属、过渡金属以及稀土 金属离子，这些金属离子取代OMS-2催化剂存在以下问题：1)催化 净化VOCs效率不够高；2)需要精确控制金属离子的浓度(如：Rb⁺取代OMS-2催化剂，只有当替代的Rb⁺浓度非常低的情况下，才能 够提高OMS-2催化性能，而过量的Rb⁺则降低了OMS-2催化性能)， 这在一定程度上限制了金属离子取代OMS-2催化剂的大批量生产。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种碱土金属离子取代OMS-2催化剂 及其制备方法和应用，本发明催化剂催化净化VOCs效率高、制备工 艺简单、价格低廉。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种碱土金属离子 取代OMS-2催化剂，包括OMS-2载体，其特征在于：还包括活性碱 土金属，所述活性碱土金属为Mg、Ca或Sr离子，所述活性碱土金 属离子负载在所述OMS-2载体的孔道内；所述活性碱土金属离子与 所述OMS-2载体中Mn的摩尔比为0.01～0.08：1。

进一步地，所述OMS-2载体的孔道内负载所述活性碱土金属离 子和未被碱土金属取代的K离子，所述K离子与所述OMS-2载体中 Mn的摩尔比为0.06～0.11：1。