[发明专利]一种堇青石负载铈掺杂镧锰催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及挥发性有机物催化燃烧的催化剂领域，具体是一种堇青石负载铈掺杂镧锰催化剂的制备方法及其应用，在堇青石上涂覆Y₂O₃涂层后，将硝酸镧、硝酸铈和硝酸锰混合溶解在去离子水中，柠檬酸以相对于总阳离子的120%的摩尔比溶解于去离子水，然后将上述两种溶液混合并充分搅拌。通过柠檬酸溶胶浸渍法将活性组分负载到堇青石载体上，再经酸性高锰酸钾溶液处理后最终得到CeO₂‑LaMnO₃‑HK/Y₂O₃/堇青石整体式催化剂。将制备的催化剂用于甲苯的催化燃烧。本发明所制备的催化剂整体机械强度高，活性组分的粘附性强且分布均匀，经过铈掺杂和酸性高锰酸钾溶液处理后较大的比表面积、可暴露更多活性位点，促进催化活性的提高。

技术领域

本发明涉及挥发性有机物催化燃烧的催化剂领域，具体是一种堇青石负载铈掺杂镧锰催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

VOCs是挥发性有机物的简称，不同国家、组织根据其饱和蒸气压、沸点有不同分类标准。我国通常将其定义为常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物。VOCs是大气污染源之一；是引发灰霾、光化学烟雾等大气环境污染问题的元凶之一。其主要包括碳烃化合物、苯及苯系物、醇类、酮类、酚类、醛类、酯类、胺类等有机化合物。主要源于电子、化工、涂料、印刷、涂装、家具等行业生产过程。近年来我国的VOCs排放量增速放缓，但总量依然十分巨大，若维持当前控制措施不变的情况下，预计2025年我国人为源VOCs排放总量将达到2879.16万吨。

目前常用的VOCs末端治理技术主要包括两大类，一类是回收技术，可通过冷凝、吸附再生成、膜分离等技术回收利用；另一类是破坏销毁技术，可采用催化燃烧、光催化降解以及等离子体技术进行销毁。其中催化燃烧法因其具有燃烧温度低、无明火、净化效率高、无二次污染的优点成为当前处理VOCs的主流技术。

催化燃烧技术的关键问题是研发催化活性高、稳定性强、成本低的催化剂。贵金属可作为催化剂的活性组分表现出优异的催化性能，但面临价格昂贵，易被毒化导致失活的问题。因此，非贵金属尤其是过渡金属和稀土金属在催化燃烧领域受到研究者们的广泛关注。钙钛矿由于其组成灵活，氧化还原性能好，热稳定性优越，价格相对低廉，成为多相催化领域研究较多的混合氧化物体系。然而，钙钛矿催化剂由于其低温催化氧化性能不理想和较低的比表面积(10m²g⁻¹)，限制了其在控制VOCs排放方面的应用。并且目前大部分工作多集中于粉体式催化剂的研究，而对最终能应用到工业中的整体式催化剂的研究却相对偏少。

发明内容

本发明为了解决催化燃烧VOCs的钙钛矿催化剂比表面积低的问题，提供了一种堇青石负载铈掺杂镧锰催化剂的制备方法及其应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种堇青石负载铈掺杂镧锰催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将堇青石放入硝酸溶液中加热处理，酸处理后的堇青石洗涤，干燥并焙烧；

（2）将焙烧处理后的堇青石浸入Y(NO₃)₃和柠檬酸的混合溶液中，一段时间后取出，吹除孔道内多余的溶液，随后干燥、焙烧；重复上述浸渍、干燥和焙烧过程至少一次，制得涂有Y₂O₃的堇青石载体；

（3）将硝酸镧、硝酸铈和硝酸锰混合溶液与柠檬酸溶液混合并搅拌后，将步骤（2）所处理的堇青石浸入到混合溶液中，加热直至形成溶胶，随后取出干燥、焙烧；

（4）将堇青石表面多余的粉末清除，浸入到高锰酸钾的硝酸溶液中，一段时间后取出，洗涤，干燥，获得堇青石负载铈掺杂镧锰催化剂。

作为本发明制备方法技术方案的进一步改进，在步骤（1）中，所述加热处理的温度为75~90℃。

作为本发明制备方法技术方案的进一步改进，在步骤（1）中，所述焙烧处理的焙烧温度为400~550℃，焙烧时间为2~3h。