[发明专利]一种煤系高岭石基催化剂及其制备方法和在甲苯催化降解中的应用

说明书

本发明提供了一种煤系高岭石基催化剂及其制备方法和应用，属于催化材料技术领域。本发明在第一次插层反应时通过加入酸，保证在反应过程中酸可以活化煤系高岭石片层结构短的‑OH功能团，破坏高岭石结构表面的双电荷层，促进插层分子的进入，提高插层的速率，与现有技术相比，插层时间降低80％；利用酸化插层工艺对煤系高岭石进行表面结构修饰，使得酸化插层煤系高岭土可以协同锰氧化物，提高对甲苯的催化降解效率；以煤系高岭土为载体材料，实现了催化体系的高性能和煤系伴生矿物的高值化利用。实施例的结果显示，本发明提供的煤系高岭石基催化剂用于催化降解甲苯时，T₅₀≤152℃，T₉₀≤243℃。

技术领域

本发明涉及催化材料技术领域，尤其涉及一种煤系高岭石基催化剂及其制备方法和在甲苯催化降解中的应用。

背景技术

甲苯是一种无色澄清液体，被大量用作溶剂和高辛烷值汽油添加剂，也是有机化工的重要原料，且常被用于脱烷基制苯或岐化制二甲苯。甲苯衍生的一系列中间体，广泛用于染料、医药、农药、火炸药、助剂和香料等精细化学品的生产，也用于合成材料工业。因此，甲苯是生产和生活中的重要化工原料。

但是甲苯具有苯样气味，会危害人体健康，对皮肤、粘膜有刺激性，对中枢神经系统有麻醉作用。短时间内吸入较高浓度甲苯气体可出现眼及上呼吸道明显的刺激症状、眼结膜及咽部充血、头晕、头痛、恶心、呕吐、胸闷、四肢无力、步态蹒跚、意识模糊，重症者可有躁动、抽搐、昏迷，长期接触可发生神经衰弱综合征和肝肿大，同时使得皮肤干燥、皲裂、皮炎。且甲苯对环境有严重危害，对空气、水环境及水源可造成污染。

现有技术中在催化降解甲苯的过程中采用的催化剂一般为负载型贵金属催化剂、MnO₂/Co₃O₄、碳纳米管负载NiO₂和氧化铝负载(CuCo/H)等催化体系，虽然这些催化剂对于甲苯具有较好的催化降解效果，但是其催化温度较高，使甲苯降解50％以上一般需要达到200℃以上的温度，而使甲苯降解90％以上甚至需要温度达到300℃以上。同时，贵金属催化剂具有资源稀缺、成本高、易中毒等不足。而通过在传统的煤系高岭土插层反应虽然可以提高催化剂的催化性能，但是插层反应时间过长，效率极低，不适于工业生产，严重制约了煤系高岭石基催化剂的应用。

因此，提供一种制备简单、时间短且催化降解温度低的煤系高岭石基催化剂成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤系高岭石基催化剂及其制备方法和在甲苯催化降解中的应用，本发明提供的制备方法时间短，反应快，且制备的煤系高岭石基催化剂催化降解甲苯的温度低，且降解效率高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种煤系高岭石基催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将煤系高岭石、二甲基亚砜溶液和酸混合后进行第一次插层反应，得到Kaol-DMSO复合物；

(2)将所述步骤(1)得到的Kaol-DMSO复合物与阳离子试剂和液态醇混合后进行第二次插层反应，得到Kaol-Me复合物；

(3)将所述步骤(2)得到的Kaol-Me复合物和多元醇与锰源溶液混合后进行第三次插层反应，得到煤系高岭石基催化剂；所述锰源溶液包括 MnSO₄·H₂O、(NH₄)₂S₂O₃和水。

优选地，所述步骤(1)中的酸为有机酸或无机酸。

优选地，所述步骤(1)中第一次插层反应的温度为50～100℃，第一次插层反应的时间为1～1.5h。

优选地，所述步骤(2)中的阳离子试剂为氯化铝、氯化铁、氯化镁或氯化钙。