[发明专利]一种W-Fe-O复合金属氧化物催化剂的合成方法及应用

说明书

本发明公开了一种W‑Fe‑O复合金属氧化物催化剂的合成方法及应用，合成方法包括以下步骤：将去离子水、硝酸铁、偏钨酸铵、柠檬酸和十六烷基三甲基溴化铵按照一定的比例混合于烧杯中，然后进行搅拌加热反应，得到凝胶；将得到的凝胶经烘干、煅烧、冷却、研磨处理，得到W‑Fe‑O复合金属氧化物催化剂。本发明采用的原材料试剂价格低廉，合成方法简单、容易操作，所得催化剂对于几类典型的挥发性有机污染物具有优异的催化降解性能。

技术领域

本发明涉及催化材料技术领域，特别是涉及一种W-Fe-O复合金属氧化物催化剂的合成方法及应用。

背景技术

挥发性有机物(英文为Volatile Organic Compounds，缩写为VOCs)是指常温、常压时容易挥发到大气环境中的一类物质，较为常见的如甲醛、乙酸、苯/甲苯/二甲苯、氯苯/多氯代苯、氯仿等。这一类有机化合物在工业和生活中应用广泛，来源和成分复杂，对人类和环境的危害较大。

针对VOCs污染物，理想的处理方法是减少甚至避免其使用，并寻找替代产品。在目前还不能完全被取代的情况下，实现彻底治理显得尤为重要。VOCs的处理方法主要有物理吸附、溶剂吸收、超低温冷凝、等离子体/光催化技术组合、高温直接煅烧、中低温催化燃烧等。每一种方法都有各自的适用范围、优缺点。近年来，随着分子筛转轮浓缩技术的应用和推广，吸附浓缩/催化燃烧相结合的处理方法日益得到重视，该方法针对低浓度、高风速、大容量、复杂成分的工业VOCs废气处理效果较好，具有处理效率高、能耗小、操作安全、可持续运行、无二次污染等优点，其技术核心是研发具有优异的催化活性、稳定性和选择性的新型功能材料。上世纪七八十年代发展起来的传统的催化燃烧技术，通常使用负载型贵金属催化剂(如Pt/γ-Al₂O₃、Pt-Pd/γ-Al₂O₃、Pt/HZSM-5、Pt/CeO₂-Al₂O₃等)，其对碳氢、碳氢氧类VOCs污染物的催化燃烧活性较高。另一方面，贵金属的价格昂贵，而且工业废气成分复杂，如果存在微量的Cl、S、重金属等元素，则容易导致催化剂失去活性、丧失对VOCs的处理能力，因此，负载型贵金属催化剂的应用场合收到了限制。目前，贱金属氧化物逐渐成为研究的热点，关注较多的催化材料有钙钛矿类型、CeO₂-MnO_x、CeO₂-CrO_x、V₂O₅-WO₃/TiO₂等。但钙钛矿材料的合成温度较高、能耗大、所得催化剂的比表面积较小，Mn、Cr、V等元素存在环境毒性，因此，当前急需设计和合成新型的催化材料。此外，工业废气中的VOCs成分复杂，这就要求催化材料具有较宽的使用范围、可同时消除多种类型的VOCs污染物。

发明内容

本发明的目的在于针对当前VOCs催化燃烧催化剂的研发现状，克服上述现有技术的不足，提供一种高性能W-Fe-O复合金属氧化物催化剂的合成方法并将其应用于VOCs的催化燃烧，其原料价格低廉，合成方法简单、容易操作，所得催化剂对于几类典型的挥发性有机污染物展现出优异的催化降解性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种W-Fe-O复合金属氧化物催化剂的合成方法，包括以下步骤：将去离子水、硝酸铁、偏钨酸铵、柠檬酸和十六烷基三甲基溴化铵按照一定的比例混合于烧杯中，然后进行搅拌加热反应，得到凝胶；将得到的凝胶经烘干、煅烧、冷却、研磨处理，得到W-Fe-O复合金属氧化物催化剂。

所述偏钨酸铵中金属元素、去离子水、十六烷基三甲基溴化铵、柠檬酸、硝酸铁的用量比为1mol：100mL：(0.015～0.11)mol：(3～22)mol：(0.5～10)mol。

十六烷基三甲基溴化铵与柠檬酸的摩尔比为0.005：1；硝酸铁和偏钨酸铵这两种原料中金属元素的总和与柠檬酸的摩尔比为1：2。