[发明专利]催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种催化剂及其制备方法和用途。所述催化剂由CeO₂纳米晶堆积而成，其中，所述CeO₂纳米晶的晶格中掺杂有过渡金属，并且，所述催化剂具有由CeO₂纳米晶堆积所形成多个孔道结构，所述孔道结构的平均孔径为2～20nm。本发明的催化剂具有更均匀的掺杂元素分布、更多的活性位点、更优异的催化性能，并且具有更良好的结构稳定性，可以用于催化氧化挥发性有机物。进一步地，本发明的催化剂的制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。

技术领域

本发明涉及一种催化剂及其制备方法和用途，特别涉及一种用于催化氧化挥发性有机物的催化剂及其制备方法和用途，属于催化剂领域。

背景技术

挥发性有机物(Volatile organic compounds,VOCs)是一类饱和蒸气压高于133.32Pa，沸点处于50～250℃之间的有机化合物，具有大气光化学反应活性，能够产生光化学烟雾和二次有机气溶胶，是O₃和PM_2.5共同的前驱体，是大气污染治理的关键。

VOCs排放控制技术主要分为回收法与销毁法。回收法主要针对少数具有回收价值、浓度较高的排放源。销毁法适用范围更广，主要针对更普遍、缺乏回收价值的排放源，通过燃烧、催化氧化、生物降解等方式将VOCs转化为二氧化碳和水实现无害化处理。其中，催化氧化法稳定性好，可以显著降低反应温度、减少副产物，从而提升安全性和降低运行成本，具有最广泛的应用前景。目前工业应用的VOCs催化燃烧催化剂主要为贵金属催化剂，成本较高，且容易因贵金属流失、烧结、中毒等原因失活。此外，我国贵金属储量不足，过度依赖贵金属催化剂会严重危害工业生产、人民生活的战略安全。

铈基催化剂具有优异的氧化还原性和储释氧能力，且轻稀土元素的价格较为低廉，具有替代贵金属实现工业化应用的良好前景，但是目前铈基催化剂普遍存在掺杂元素分散性差、活性位点含量低、活性不足等问题。

引用文献1公开一种用于VOCs治理的铁铈复合氧化物催化剂及制备方法。该铁铈复合氧化物催化剂，由稀土金属铈(Ce)和过渡金属铁(Fe)的复合氧化物Ce_xFe_yO_z组成的固体粉末形态的催化剂；其中x＝2～40，y＝2～4，z＝7～86。但是该复合氧化物中，过渡金属铁不能均匀掺杂，因此不会发生明显的拉伸晶格应变，氧空位等反应活性位点不足，因此催化活性较低。

引用文献2公开一种元素梯度分布的铈锆基复合氧化物及其制备方法，所述复合氧化物包含铈元素和锆元素，铈元素和锆元素在晶粒中由内向外呈梯度分布。该铈锆基复合氧化物通过分步沉淀法制备该梯度元素分布的铈锆基复合氧化物，一是先沉富锆组分，先沉富锆组分可以形成高热稳定的晶体结构和晶粒堆积结构，减缓高温处理后锆在表面的偏析，减少晶粒间的元素迁移；二是后沉富铈组分，提高晶粒表层铈含量，提高铈元素的利用率，提高储氧量和储放氧速率。但是该复合氧化物中，过渡金属锆的本征活性较差，掺杂的分散性低、活性位点含量少、活性不足，因此催化活性较低。

因此，提高催化剂中掺杂元素分散性、增加活性位点含量、提升VOCs催化燃烧性能是亟待解决的技术难题。

引用文献：

引用文献1：CN 113398939 A

引用文献2：CN 112076740 A

发明内容

发明要解决的问题

鉴于现有技术中存在的技术问题，例如：掺杂元素分散性差、活性位点含量低、活性不足等，本发明首先提供一种催化剂。本发明的催化剂具有更均匀的掺杂元素分布、更多的活性位点、更优异的催化性能，并且具有更良好的结构稳定性，可以用于催化氧化挥发性有机物。

进一步地，本发明还提供一种催化剂的制备方法，该制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。