[发明专利]一种高表面积高分散氧化锰包覆氧化铝固氟剂的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种高表面积高分散氧化锰包覆氧化铝固氟剂的制备方法及应用，以葡萄糖为原料合成碳球，在碳球表面水热合成AlOOH，然后在空气中焙烧除去碳球，制得氧化铝。在氧化铝中，加入六亚甲基四胺和硝酸锰的水溶液，在自压釜内转动反应，获得氧化锰前驱物包覆AlOOH。然后，在空气中焙烧，制得高表面积高分散氧化锰包覆氧化铝固氟剂。本发明制备的固氟剂用于分解电子工业排放的三氟化氮废气，固氟剂的反应活性更高，本发明的应用更有助于实现氟资源的回收。

技术领域

本发明涉及一种氧化锰包覆氧化铝固氟剂的制备方法以及所述固氟剂的应用，所述固氟剂主要用于分解电子工业排放的三氟化氮（NF₃）废气。

背景技术

NF₃是电子工业使用的新型刻蚀气和清洗气，其温室效应潜值为17200。使用后的NF₃废气如直接排放到大气中，将对生态环境造成严重危害。现行的NF₃废气处理方法主要包括：高温煅烧法、催化水解法以及无水分解法等。其中，高温煅烧法要求处理温度达到1000°C以上才能得到较高的NF₃分解率，能耗非常高。催化水解法是在催化剂的作用下NF₃与水反应生成HF气体[Takubo等. Catal. Commun., 2009, 11, 147-150; Jeon等, Chem. Commun., 2003, 1244-1245]，其主要缺点是HF气体遇水生成氢氟酸，对反应器有强腐蚀作用。而无水条件下NF₃与金属氧化物（固氟剂）之间直接反应，不产生强腐蚀性的HF气体，操作简单，并且NF₃中的氟元素以金属氟化物（有用的化学品，如用作冶炼行业的助熔剂）的形式被固定下来，可实现氟资源的回收。

Vileno等人[Chem. Mater., 1996, 8, 1217-1221]报道了无水条件下NF₃的分解反应，400°C下NF₃可在Al₂O₃上完全分解（2NF₃+Al₂O₃=NO+NO₂+2AlF₃），但Al₂O₃的反应活性很低。这是因为：Al₂O₃与NF₃反应时，表层Al₂O₃逐渐转化成了高致密的AlF₃，导致固氟剂孔道逐渐变窄，NF₃气体扩散越来越慢，内层的Al₂O₃难与NF₃反应（产物的外层为AlF₃，内层仍是Al₂O₃），导致固氟剂的反应活性不高。

本课题组研究表明：在Al₂O₃表面负载Fe₂O₃、Co₃O₄、NiO或Mn₂O₃等过渡金属氧化物，由于表面/基体之间的氟/氧交换效应使固氟剂的反应活性显著提高[徐秀峰等，J. Nat. Gas Chem., 2010, 19(5), 463;J. Environ. Chem. Eng., 2019, 7(3), 103192]。