[发明专利]一种氮化碳改性铜负载铈锆固溶体催化剂的制备及其在催化氧化甲苯中的应用

说明书

本发明公开了一种氮化碳改性铜负载铈锆固溶体催化剂的制备及其在催化氧化甲苯中的应用，制备方法为将氧氯化锆、硝酸铈和硝酸铜前驱体在搅拌下均匀地混合在去离子水中，加入柠檬酸和氮化碳，继续搅拌并于80℃水浴直至溶液成为凝胶，120℃烘干，400～700℃煅烧2～6h，得到氮化碳改性的铜负载铈锆固溶体。本发明的铜负载铈锆固溶体催化剂能有效地提高甲苯和氧气在催化剂表面的吸附与活化，表现出良好的催化氧化甲苯能力和抗水性能。

技术领域

本发明属于环境催化净化技术领域，涉及一种氮化碳改性催化剂，尤其涉及一种氮化碳改性铜负载铈锆固溶体催化剂的制备及其在催化氧化甲苯中的应用。

背景技术

近年来，随着现代工业的发展，环境污染日益严重。挥发性有机化合物的(Volatile Organic Compounds，VOCs)作为广泛应用在化工领域的有机物，是二次气溶胶和光化学烟雾的主要前驱体。苯系物如甲苯等作为一类典型的挥发性有机污染物在装饰材料和涂料油漆等化学品制造业中广泛应用，这一类物质会刺激黏膜和皮肤，对人类健康和环境造成非常严重的影响。因此研究开发有效去除空气中甲苯的方法和工艺具有重要意义。

在过去的几十年，各种方法被用来消除VOCs，例如吸附法、低温等离子体降解、光催化法和催化氧化法。催化氧化法由于可将VOCs变成无害的产物而得到广泛的应用，催化氧化法去除VOCs是一种有效、经济和容易操作的方法。在催化氧化法中，催化剂设计与制备是其关键技术之一。

氧化铈由于其低廉的价格和较好的催化活性使其在催化反应中得到广泛的应用，CuO-CeO₂催化剂是一种具有应用前景的催化氧化催化剂，其活性甚至可以和贵金属催化剂相媲美(M.F.Luo,et al.J.Catal.246(2007)52-59；J.Papavasiliou,et al.Appl.Catal.B66(2006)168-174；D.Gamarra,et al.J.Power Sources 169(1)(2007)110-116)，其良好的活性主要来源于Cu-Ce双金属的协同作用。众所周知，氧空位在催化氧化中扮演者重要的作用，Cu离子可进入Ce的晶格而增加氧空位的含量从而促进催化性能。然而由于受到Cu离子半径的限制，进入到Ce晶格中的量有限，限制了氧化铈表面氧空位含量进一步增加。

铈锆固溶体(Ce_xZr_1-xO₂)由于其高的表面氧空位含量和良好的储氧/放氧能力而被广泛用作催化载体，Ce_xZr_1-xO₂负载Cu可以提高其催化氧化甲苯能力。本发明采用氮化碳改性的柠檬酸络合法制备Cu/Ce_xZr_1-xO₂纳米催化剂及其对甲苯氧化反应的催化活性。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种用于甲苯催化氧化的Cu/Ce_xZr_1-xO₂纳米催化剂及其制备方法。该催化剂具有活性高、稳定性好及其抗水等特点，其制备方法简单，在甲苯催化氧化中的应用可以实现较低温度下完全转化。

为实现上述目的，本发明提供一种氮化碳改性铜负载铈锆固溶体催化剂的制备方法，具有这样的特征：将氧氯化锆、硝酸铈和硝酸铜前驱体在搅拌下均匀地混合在去离子水中，加入柠檬酸(作为络合剂)和氮化碳，继续搅拌并于80℃水浴直至溶液成为凝胶，120℃烘干，400～700℃煅烧2～6h，得到氮化碳改性的铜负载铈锆固溶体。

进一步，本发明提供一种氮化碳改性铜负载铈锆固溶体催化剂的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述氧氯化锆和硝酸铈中，锆与锆和铈的摩尔比为0.05～0.2。

进一步，本发明提供一种氮化碳改性铜负载铈锆固溶体催化剂的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述氧氯化锆、硝酸铈和硝酸铜中，铜与锆和铈的摩尔比为0.05～0.2。