CN104801314B - 一种低浓度一氧化氮常温消除铁铈锰催化剂的制备 - Google Patents

一种低浓度一氧化氮常温消除铁铈锰催化剂的制备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低浓度一氧化氮常温消除铁铈锰催化剂的制备，该催化剂是用草酸共沉淀铁盐、铈盐和锰盐合成，其比表面积为87‑141 m2/g，平均孔径为4.8‑7.0nm。可用于低浓度一氧化氮的常温催化氧化，具有较高的一氧化氮消除性能。在一氧化氮浓度为≤10ppm时，该催化剂对一氧化氮的消除率约可达100%，并在此消除率下保持较长的寿命。本发明具有制备工艺简单，成本低等特点。

Description

一种低浓度一氧化氮常温消除铁铈锰催化剂的制备
技术领域
本发明涉及低浓度一氧化氮常温消除铁铈锰催化剂的制备，适用于环境污染物NO的常温催化氧化，在环境净化领域具有应用前景。
背景技术
随着隧道建设水平的不断提高和汽车保有量日益增加，隧道运营环境中有害气体造成的空气污染成为突出的问题。由于在隧道中空气流动较差，再加上机动车冷启动或频繁启动，造成所排放的污染物不断累积，以致如颗粒物、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）和碳氢化合物（HC）等污染物含量远超国家二级空气质量标准。氮氧化物（NOx）为其中一种污染物，主要包括一氧化氮（NO，90%）和二氧化氮（NO2，10%），NO对血红蛋白的亲和力非常强，是氧的数十万倍，一旦NO进入血液中，就会与血红蛋白牢牢地结合在一起，使人体缺氧，生命安全受到极大的危害。因此，本文中废气的净化研究主要针对一氧化氮的常温消除。
通过专利和学术文献检索，目前Ce-Mn和Fe-Ce-Mn复合氧化物主要通过共沉淀法、溶胶凝胶法等传统的方法合成，所得比表面较低，孔径较小。有文献公开了介孔锰基复合金属氧化物及其制备方法和用途，用草酸共沉淀过渡金属（如Fe、Co、Ni和Zn）和Mn源制备一系列的催化剂用于一氧化氮的消除，其比表面积较大，消除率可达100%，但是在最高消除率下只能保持约2 h。
发明内容
为了克服上述现有低浓度氮氧化物治理催化剂存在的缺陷，如催化剂比表面积低，孔径较小，致使一氧化氮的消除率低，可维持时间短，提供了一种可提高低浓度氮氧化物常温消除催化剂的制备方法，该催化剂具有较大的比表面积和平均孔径的特点，并且制备工艺简便，成本较低。
一种低浓度一氧化氮常温消除铁铈锰催化剂的制备，其特征在于，包括如下步骤：
将一定量的铁盐，2.17克铈盐和4.95克锰盐溶于40 毫升水中，常温搅拌并滴加15毫升一定浓度的草酸溶液，使溶液沉淀，继续搅拌1.5小时，将得到的悬浮液进行过滤洗涤后放入70℃烘箱中干燥12小时，然后放入马弗炉中300℃焙烧3小时，制得铁铈锰复合氧化物，其比表面积为87-141 m2/g，平均孔径为4.8-7.0 nm。
所述的铈盐为硝酸铈，硫酸铈中的一种，所述的锰盐为硝酸锰，氯化锰中的一种，所述的铁盐为硫酸亚铁，氯化亚铁中的一种。
所述的铁盐与铈盐的摩尔比为0.3:1-5.6:1，所述的铁盐溶液浓度为0.04-0.7mol/L。
所述的草酸溶液浓度为2.61-4.64 mol/L。
所述的铁铈锰催化剂用于一氧化氮催化氧化反应， 应用时反应气氛为5-50 ppm一氧化氮，其余为空气。
反应活性评价：将上述获得的催化剂在25℃下通入反应气，进行活性测试，总流量为370-380 mL/min（STP）。
附图说明
图1为本发明实施例1-7中所制备的催化剂对NO催化氧化反应活性图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进行详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1：
称取0.42 g硫酸亚铁，2.17 g硝酸铈，4.95 g氯化锰溶于40 mL水中，在室温下搅拌均匀，滴加15 mL 2.61 mol/L的草酸水溶液，继续搅拌1.5小时后过滤洗涤，70℃烘箱中干燥12小时，然后在马弗炉中300℃焙烧3小时，得到铁铈锰复合氧化物Fe0.3Ce1Mn5，其比表面积为87 m2/g，孔径为7.0 nm。
称取0.200 g Fe0.3Ce1Mn5催化剂置于外径为Φ6，内径为Φ4的U型反应管中，然后放入25℃水浴中，通入10 ppm NO反应气，其余为空气，空速为110000 mL·g-1·h-1，NO最高消除率约为100%，3.7 h内消除率保持不变。
实施例2：
称取0.83 g硫酸亚铁，2.17 g硝酸铈，4.95 g氯化锰溶于40 mL水中，在室温下搅拌均匀，滴加15 mL 2.72 mol/L的草酸水溶液，继续搅拌1.5小时后过滤洗涤，70℃烘箱中干燥12小时，然后在马弗炉中300℃焙烧3小时，得到铁铈锰复合氧化物Fe0.6Ce1Mn5，其比表面积为91 m2/g，孔径为6.8 nm。
称取0.200 g Fe0.6Ce1Mn5催化剂置于外径为Φ6，内径为Φ4的U型反应管中，然后放入25℃水浴中，通入10 ppm NO反应气，其余为空气，空速为110000 mL·g-1·h-1，NO最高消除率约为100%，4.0 h内消除率保持不变。
实施例3：
称取1.25 g硫酸亚铁，2.17 g硝酸铈，4.95 g氯化锰溶于40 mL水中，在室温下搅拌均匀，滴加15 mL 2.84 mol/L的草酸水溶液，继续搅拌1.5小时后过滤洗涤，70℃烘箱中干燥12小时，然后在马弗炉中300℃焙烧3小时，得到铁铈锰复合氧化物Fe0.9Ce1Mn5，其比表面积为96m2/g，孔径为6.4 nm。
称取0.200 g Fe0.9Ce1Mn5催化剂置于外径为Φ6，内径为Φ4的U型反应管中，然后放入25℃水浴中，通入10 ppm NO反应气，其余为空气，空速为110000 mL·g-1·h-1，NO最高消除率约为100%，6.1 h内消除率保持不变。
实施例4：
称取1.67 g硫酸亚铁，2.17 g硝酸铈，4.95 g氯化锰溶于40 mL水中，在室温下搅拌均匀，滴加15 mL 2.95 mol/L的草酸水溶液，继续搅拌1.5小时后过滤洗涤，70℃烘箱中干燥12小时，然后在马弗炉中300℃焙烧3小时，得到铁铈锰复合氧化物Fe1.2Ce1Mn5，其比表面积为101 m2/g，孔径为6.1 nm。
称取0.200 g Fe1.2Ce1Mn5催化剂置于外径为Φ6，内径为Φ4的U型反应管中，然后放入25℃水浴中，通入10 ppm NO反应气，其余为空气，空速为110000 mL·g-1·h-1，NO最高消除率约为100%，6.9 h内消除率保持不变。
实施例5：
称取1.94 g硫酸亚铁，2.17 g硝酸铈，4.95 g氯化锰溶于40 mL水中，在室温下搅拌均匀，滴加15 mL 3.02 mol/L的草酸水溶液，继续搅拌1.5小时后过滤洗涤，70℃烘箱中干燥12小时，然后在马弗炉中300℃焙烧3小时，得到铁铈锰复合氧化物Fe1.4Ce1Mn5，其比表面积为106 m2/g，孔径为5.9 nm。
称取0.200 g Fe1.4Ce1Mn5催化剂置于外径为Φ6，内径为Φ4的U型反应管中，然后放入25℃水浴中，通入10 ppm NO反应气，其余为空气，空速为110000 mL·g-1·h-1，NO最高消除率约为100%，3.8 h内消除率保持不变。
实施例6：
称取3.89 g硫酸亚铁，2.17 g硝酸铈，4.95 g氯化锰溶于40 mL水中，在室温下搅拌均匀，滴加15 mL 3.56 mol/L的草酸水溶液，继续搅拌1.5小时后过滤洗涤，70℃烘箱中干燥12小时，然后在马弗炉中300℃焙烧3小时，得到铁铈锰复合氧化物Fe2.8Ce1Mn5，其比表面积为117 m2/g，孔径为5.4 nm。
称取0.200 g Fe2.8.3Ce1Mn5催化剂置于外径为Φ6，内径为Φ4的U型反应管中，然后放入25℃水浴中，通入10 ppm NO反应气，其余为空气，空速为110000 mL·g-1·h-1，NO最高消除率约为100%，2.8 h内消除率保持不变。
实施例7：
称取7.78 g硫酸亚铁，2.17 g硝酸铈，4.95 g氯化锰溶于40 mL水中，在室温下搅拌均匀，滴加15 mL 4.64 mol/L的草酸水溶液，继续搅拌1.5小时后过滤洗涤，70℃烘箱中干燥12小时，然后在马弗炉中300℃焙烧3小时，得到铁铈锰复合氧化物Fe5.6Ce1Mn5，其比表面积为141 m2/g，孔径为4.8 nm。
称取0.200 g Fe5.6Ce1Mn5催化剂置于外径为Φ6，内径为Φ4的U型反应管中，然后放入25℃水浴中，通入10 ppm NO反应气，其余为空气，空速为110000 mL·g-1·h-1，NO最高消除率约为100%，1.4 h内消除率保持不变。

Claims (2)

1.一种低浓度一氧化氮常温消除铁铈锰催化剂的制备，其特征在于，包括如下步骤：
将一定量的铁盐，2.17克铈盐和4.95克锰盐溶于40 毫升水中，常温搅拌并滴加15毫升一定浓度的草酸溶液，使溶液沉淀，继续搅拌1.5小时，将得到的悬浮液进行过滤洗涤后放入70℃烘箱中干燥12小时，然后放入马弗炉中300℃焙烧3小时，制得铁铈锰复合氧化物，其比表面积为87-141 m2/g，平均孔径为4.8-7.0 nm；
所述的铈盐为硝酸铈，硫酸铈中的一种，所述的锰盐为硝酸锰，氯化锰中的一种，所述的铁盐为硫酸亚铁，氯化亚铁中的一种；
所述的铁盐与铈盐的摩尔比为0.3:1-5.6:1，所述的铁盐溶液浓度为0.04-0.7 mol/L；
2.根据权利要求1所述的一种低浓度一氧化氮常温消除铁铈锰催化剂的制备，其特征在于，所述的草酸溶液浓度为2.61-4.64 mol/L。
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