[发明专利]一种铈锰分子筛催化剂、其制备方法及用途

说明书

本发明提供了一种铈锰分子筛催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：向含有二价锰源和铈源的溶液中加入高锰酸盐溶液，加酸调节pH，得到反应溶液；将反应溶液加入反应釜中，加入的溶液体积占反应釜体积的30％～80％，发生水热反应，得到铈锰分子筛催化剂。本发明采用一步水热法制备铈锰分子筛催化剂，通过调节反应参数，尤其是反应溶液填料率的调节，提高臭氧分解催化活性，在常温30℃、空速600000h^‑1、相对湿度45％的条件下，臭氧转化率可达到95％以上；所述催化剂寿命较长，可达20天以上，催化剂成本极大降低；本发明所述方法简单易行，可为工业化生产催化剂提供填料率的指标。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种铈锰分子筛催化剂、其制备方法及用途，尤其涉及一种铈锰分子筛催化剂、其制备方法及在臭氧分解领域的用途。

背景技术

臭氧(O₃)是氧元素的一种同素异形体，常温性质不稳定，对人类赖以生存的环境有双刃剑的作用，在大气平流层，臭氧对人类的生存环境是有利的，它能够抵挡有害的紫外线直射地球，然而在近地表处，臭氧的危害较大，会对人体的皮肤、免疫系统以及神经系统等产生不同程度的影响。人们所接触到的臭氧一部分来源于氮氧化物和挥发性有机物在阳光照射下经过光化学反应所生成的臭氧，另一个主要来源是复印机、各类电器、自来水及废水处理、化工产品合成等设备在运行时所产生的臭氧。因此，臭氧所造成的危害必须引起人们的高度重视。

目前，臭氧处理的方法主要有热处理法、活性炭吸附法、预臭氧法、稀释法、电磁波辐射分解法、药液吸收法和催化分解法，其中催化分解法是目前为止分解臭氧最理想的方法，具有高效、安全、稳定、经济等优点，成为研究的重点。根据活性组分的不同，催化分解臭氧的催化剂主要分为两大类：含贵金属的催化剂和含过渡金属氧化物的催化剂，由于贵金属的成本一般较高，对过渡金属氧化物的改进是重点研究方向之一，其中锰元素由于价态和氧化物种类较多，可以相互转化，成为研究的重点。

CN 101711990 A公开了一种负载金属氧化物的分子筛催化剂，包括纯隐钾锰矿型二氧化锰和过渡金属，以高锰酸钾和醋酸锰原料，采用回流法和焙烧法制备氧化锰八面体分子筛(OMS-2)，再经过渡金属盐溶液浸渍后焙烧，得到过渡金属氧化物负载的分子筛催化剂，但该制备方法较为复杂，反应过程不易控制，且主要用于汽车尾气中乙醇、乙醛的氧化去除。CN 104001502 A公开了一种室温高湿度下分解臭氧的铈锰催化剂，以二价锰源、铈源以及高锰酸钾为原料，经水热反应制备得到，但该方法仅适用于小规模制备催化剂，且使用寿命较短，限制了其应用范围的扩展。

综上所述，臭氧分解催化剂的制备还需进一步研究，通过反应参数的调节使之适用于大规模工业化应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种铈锰分子筛催化剂、其制备方法及用途，本发明通过调节水热反应过程中的参数，尤其是反应溶液的填料率，提高臭氧分解催化活性，提高催化剂的使用寿命，也为工业化生产提供了参考指标。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种铈锰分子筛催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)向含有二价锰源和铈源的溶液中加入高锰酸盐溶液，加酸调节pH，得到反应溶液；

(2)将步骤(1)得到的反应溶液加入反应釜中，加入的溶液体积占反应釜体积的30％～80％，发生水热反应，得到铈锰分子筛催化剂。

本发明中，利用水热过程中二价锰源和高锰酸盐的氧化还原反应得到锰氧化物八面体分子筛，同时铈离子进入该晶体结构形成复合物，从而得到铈锰复合催化剂，对反应溶液填料率的调节，可以相应改变反应压力和反应进行程度，从而改变反应产物比表面积、催化剂中低价锰(二价锰和三价锰)含量和氧空位数等参数，有助于优化反应条件，提高催化活性，也为大规模工业化生产催化剂时反应釜的填料率提供指标。