[发明专利]一种光敏型具有空心球结构的双金属Co-Mn-MOF复合催化材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种光敏型具有空心球结构的双金属Co‑Mn‑MOF复合催化材料的制备方法及其应用。首先以葡萄糖溶液为前驱体制备获得碳球。然后将2‑甲基咪唑的N,N‑二甲基甲酰胺、乙醇和水的混合溶液，加到六水合硝酸钴、硝酸锰和2,5‑二羟基对苯二甲酸的混合溶液中，之后将碳球分散到混合溶液中进行水热处理，样品干燥后放入石英管中煅烧。最后分步添加四(对苯甲酸)芘和四(4‑羧苯基)卟啉，即制得光敏型具有空心球结构的双金属Co‑Mn‑MOF复合催化材料。本发明的制备方法工艺简单，原材料价格低廉，无二次污染。本发明的光敏型具有空心球结构的双金属Co‑Mn‑MOF复合催化材料对光热协同体系低温高效同时脱除丙酮和NO有很好的催化性能，对于目前的烟气污染问题的解决具有重要意义。

技术领域

本发明属于催化材料制备技术领域，特别涉及一种光敏型具有空心球结构的双金属Co-Mn-MOF复合催化材料的制备方法及其应用。

背景技术

挥发性的有机物质(VOCs)和氮氧化物(NO_x)是不容忽视的大气污染物。VOCs释放在大气中，扩散力极强，和大气中的氮氧化物进行化学反应，产生大量光化学烟雾，并生成高毒性气体，从而产生二次污染，严重损害大气环境质量和威胁人类生命安全。所以，发明出实用、高效、安全的同时除去VOCs和NO_x的方法刻不容缓。

目前，以光催化、热催化为主的相关技术是针对VOCs和NO_x污染物的主要处理方式。但是在这些处理方式中都会涉及到以氨气为还原剂，选择性催化还原NO_x为N₂这一过程，而氨气本身就是一种污染性气体，处理过程中很有可能由于泄漏或操作不当而发生二次污染。据研究表明，VOCs可以代替氨作还原剂去除NO，达到同时去除VOCs和NO的效果。由于常规热催化净化所需能量消耗大和光催化效率低，光热协同催化净化可以整合光催化和热催化的优势，达到互补，形成一种协同效应，这是一种新颖且高效的催化反应。据研究，在光热协同催化体系中同时脱除VOCs和NO_x的VOCs-SCR技术核心是高活性的催化剂，但这些研究中同时去除VOCs和NO的效果并不理想。因此，寻找合适的催化材料组成构筑高效经济、无二次污染、能同时去除VOCs和NO的催化材料并将其应用于光热协同催化体系是重中之重。

过渡金属氧化物MnO_x具有较好的NO_x催化还原活性和高稳定性，而且还具有环保性、丰富的价态和优异的储氧能力，被广泛应用于VOCs或NO的去除。在光催化材料中，Co₃O₄成本低廉和储藏丰富，高氧迁移率和活性氧物种(O₂^-，O₂^2-)的存在使其在诸多催化体系中都具有良好的催化性能。由于单一Co₃O₄材料催化活性的不足，引入选取MnO_x作为光热协同催化剂体系的活性组分，对其修饰改性，提高其催化性能。因此，构筑光敏型具有空心球结构的双金属Co-Mn-MOF复合催化材料在光热催化协同体系下作为VOCs和NO污染控制催化剂是非常具有前景的。采用高效稳定的催化材料借助光热协同催化体系实现对VOCs和NO_x复合污染物的去除，不仅在能源高效利用的角度上，充分利用了太阳能这类可再生能源以减少对于外部供能的依赖，而且在高效处理污染物的角度上，利用两类污染物的氧化还原性实现了二者的同时去除。对于目前的烟气污染问题的解决具有一定的推动作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种光敏型具有空心球结构的双金属Co-Mn-MOF复合催化材料的制备方法及其应用。

本发明思路：以碳球模板，六水合硝酸钴和硝酸锰前驱体溶液，先后添加四(对苯甲酸)芘和四(4-羧苯基)卟啉进行材料的制备，通过条件控制，制备出光敏型具有空心球结构的双金属Co-Mn-MOF复合催化材料，对其物相、结构、成分组成、形貌特征等进行了表征，并将其应用于催化光热协同体系低温高效同时脱除VOCs和NO。