CN111268735A - 一种片状二氧化锰及其制备方法和应用 - Google Patents

一种片状二氧化锰及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种片状二氧化锰及其制备方法和应用。本发明提供了一种片状二氧化锰，所述片状二氧化锰的晶型结构为β相。本发明中，片状二氧化锰的晶型结构为β相，实验结果表明，该片状二氧化锰用于模拟汽车尾气的净化处理，作为汽车尾气净化用催化剂，表现出良好的催化性能，在150～400℃对NO有高效的催化转化，在低温段和中高温段都具有良好的脱硝活性。

Description

一种片状二氧化锰及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种片状二氧化锰及其制备方法和应用。
背景技术
近年来,大气污染已成为当前环境面临的重要问题，其中氮氧化物(NOx)是大气污染的重要组成之一，是引起酸雨，光化学烟雾等现象的罪魁祸首，对环境和人体健康危害重大，控制大气中氮氧化物的含量已成为环保部门的工作重点。
选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)是以NH3为还原剂，选择性地将NOx还原成N2和H2O的脱硝技术，是目前脱硝最为经济和高效的手段。目前应用广泛的SCR催化剂是V2O5/TiO2系催化剂，但是，其活性温窗是300℃～400℃，在低温段的活性和选择性不高，大大限制了其应用。例如在工业废气或汽车尾气中除了NOx外，一般还含有大量的粉尘或硫化物，脱硝装置一般设置在除尘和脱硫装置之后，以避免粉尘颗粒堵塞催化剂孔道和硫化物对催化剂的毒害作用，而经过除尘脱硫后的尾气温度一般低于300℃。因此，开发在低温段和中高温段都具有良好脱硝活性的SCR催化剂成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种片状二氧化锰及其制备方法和应用，该片状二氧化锰可作为SCR催化剂，在低温段和中高温段都具有良好脱硝活性。
本发明的具体技术方案如下：
一种片状二氧化锰，所述片状二氧化锰的晶型结构为β相。
本发明中，片状二氧化锰的晶型结构为β相，实验结果表明，该片状二氧化锰用于模拟汽车尾气的净化处理，作为汽车尾气净化用催化剂，表现出良好的催化性能，在150～400℃对NO有高效的催化转化，在低温段和中高温段都具有良好的脱硝活性。
本发明还提供了一种片状二氧化锰的制备方法，包括以下步骤：
a)将过硫酸铵溶于氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液后，在搅拌条件下加入锰盐，进行反应，得到前驱体；
b)对所述前驱体进行煅烧，得到晶型结构为β相的片状二氧化锰。
本发明片状二氧化锰的制备方法采用前驱体煅烧转化的方法，制备过程操作简单，重复性好，无需添加模板剂和表面活性剂，且在保持形貌不变的基础上实现了晶型的转变，成功制备得到晶型结构为β相的片状二氧化锰，实验结果表明，该片状二氧化锰用于模拟汽车尾气的净化处理，作为汽车尾气净化用催化剂，表现出良好的催化性能，在150～400℃对NO有高效的催化转化，在低温段和中高温段都具有良好的脱硝活性。
优选的，步骤a)所述锰盐选自硝酸锰、硫酸锰或醋酸锰，更优选为硝酸锰；
所述锰盐与所述过硫酸铵的摩尔比为1：(1～2)；
所述氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液的浓度为0.08M～0.15M。
优选的，步骤a)所述反应的温度为0℃～30℃，更优选为25℃；
所述反应的时间为15min～60min。
本发明中，步骤a)搅拌可为磁力搅拌，加入锰盐具体为逐滴加入锰盐溶液。
优选的，步骤b)所述煅烧的温度为300℃～400℃；
所述煅烧的时间为2h～5h；
所述煅烧的升温速率为1℃/min～5℃/min，更优选为1℃/min。
优选的，步骤a)所述进行反应之后，所述得到前驱体之前，还包括：
将反应产物依次进行离心、洗涤和干燥。
本发明还提供了上述技术方案所述片状二氧化锰和/或上述技术方案所述制备方法制得的片状二氧化锰作为汽车尾气净化用催化剂的应用。本发明片状二氧化锰可作为SCR催化剂，在低温段和中高温段都具有良好脱硝活性。
本发明还提供了一种汽车尾气净化方法，采用上述技术方案所述片状二氧化锰和/或上述技术方案所述制备方法制得的片状二氧化锰作为催化剂，将NH3和NOx进行催化还原反应。
优选的，所述催化还原反应的温度为150℃～400℃。
优选的，所述催化还原反应体系的混合气体还混有氧气和/或空气。
综上所述，本发明提供了一种片状二氧化锰，所述片状二氧化锰的晶型结构为β相。本发明中，片状二氧化锰的晶型结构为β相，实验结果表明，该片状二氧化锰用于模拟汽车尾气的净化处理，作为汽车尾气净化用催化剂，表现出良好的催化性能，在150～400℃对NO有高效的催化转化，在低温段和中高温段都具有良好的脱硝活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例1制得的片状二氧化锰的XRD图；
图2为本发明实施例1制得的前驱体的SEM图；
图3为本发明实施例1制得的片状二氧化锰的SEM图；
图4为本发明实施例1片状二氧化锰作为汽车尾气净化用催化剂的催化活性图。
具体实施方式
本发明提供了一种片状二氧化锰及其制备方法和应用，该片状二氧化锰可作为SCR催化剂，在低温段和中高温段都具有良好脱硝活性。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将过硫酸铵溶于0.08M的氢氧化钠溶液中，在磁力搅拌下，滴加入硝酸锰(硝酸锰与过硫酸铵的摩尔比为2:3)后，在室温下反应15min，将反应产物依次进行离心、洗涤和干燥，得到前驱体；将干燥后的前驱体置于马弗炉中以1℃/min的升温速率升温至350℃，煅烧2h，得到晶型结构为β相的片状二氧化锰。
对本实施例制得的片状二氧化锰进行表征，其XRD谱图如图1所示，图1表明本实施例片状二氧化锰与JCPDF标准卡24-0735型号的β-MnO2对应，表明本实施例片状二氧化锰的晶型结构为β相。请参阅图2和图3，分别为本发明实施例1前驱体和片状二氧化锰的SEM图，图2表明前驱体为片球状，图3表明本实施例制得的二氧化锰为片状结构。
实施例2
将过硫酸铵溶于0.08M的氢氧化钠溶液中，在磁力搅拌下，滴加入硝酸锰(硝酸锰与过硫酸铵的摩尔比为2:3)后，在室温下反应30min，将反应产物依次进行离心、洗涤和干燥，得到前驱体；将干燥后的前驱体置于马弗炉中以1℃/min的升温速率升温至350℃，煅烧2h，得到晶型结构为β相的片状二氧化锰。
实施例3
将过硫酸铵溶于0.15M的氢氧化钠溶液中，在磁力搅拌下，滴加入硝酸锰(硝酸锰与过硫酸铵的摩尔比为2:3)后，在室温下反应60min，将反应产物依次进行离心、洗涤和干燥，得到前驱体；将干燥后的前驱体置于马弗炉中以1℃/min的升温速率升温至350℃，煅烧2h，得到晶型结构为β相的片状二氧化锰。
实施例4
将过硫酸铵溶于0.08M的氢氧化钠溶液中，在磁力搅拌下，滴加入硝酸锰(硝酸锰与过硫酸铵的摩尔比为1:1)后，在室温下反应15min，将反应产物依次进行离心、洗涤和干燥，得到前驱体；将干燥后的前驱体置于马弗炉中以1℃/min的升温速率升温至350℃，煅烧2h，得到晶型结构为β相的片状二氧化锰。
实施例5
将过硫酸铵溶于0.08M的氢氧化钠溶液中，在磁力搅拌下，滴加入硝酸锰(硝酸锰与过硫酸铵的摩尔比为1:2)后，在室温下反应15min，将反应产物依次进行离心、洗涤和干燥，得到前驱体；将干燥后的前驱体置于马弗炉中以1℃/min的升温速率升温至350℃，煅烧2h，得到晶型结构为β相的片状二氧化锰。
实施例6
将过硫酸铵溶于0.10M的氢氧化钠溶液中，在磁力搅拌下，滴加入硝酸锰(硝酸锰与过硫酸铵的摩尔比为2:3)后，在室温下反应15min，将反应产物依次进行离心、洗涤和干燥，得到前驱体；将干燥后的前驱体置于马弗炉中以1℃/min的升温速率升温至300℃，煅烧2h，得到晶型结构为β相的片状二氧化锰。
实施例7
将过硫酸铵溶于0.12M的氢氧化钠溶液中，在磁力搅拌下，滴加入硝酸锰(硝酸锰与过硫酸铵的摩尔比为2:3)后，在室温下反应15min，将反应产物依次进行离心、洗涤和干燥，得到前驱体；将干燥后的前驱体置于马弗炉中以1℃/min的升温速率升温至400℃，煅烧2h，得到晶型结构为β相的片状二氧化锰。
实施例8
将过硫酸铵溶于0.08M的氢氧化钠溶液中，在磁力搅拌下，滴加入硝酸锰(硝酸锰与过硫酸铵的摩尔比为2:3)后，在室温下反应15min，将反应产物依次进行离心、洗涤和干燥，得到前驱体；将干燥后的前驱体置于马弗炉中以1℃/min的升温速率升温至350℃，煅烧3h，得到晶型结构为β相的片状二氧化锰。
实施例9
将过硫酸铵溶于0.08M的氢氧化钠溶液中，在磁力搅拌下，滴加入硝酸锰(硝酸锰与过硫酸铵的摩尔比为2:3)后，在室温下反应15min，将反应产物依次进行离心、洗涤和干燥，得到前驱体；将干燥后的前驱体置于马弗炉中以1℃/min的升温速率升温至350℃，煅烧5h，得到晶型结构为β相的片状二氧化锰。
实施例10
采用固定床反应器评价装置测试催化剂对NO的转化率，进料混合气包括NO(550ppm)、NH3(550ppm)、O2(6.8％)和氩气，氩气为载气，进料混合气中NO+Ar、NH3+Ar和O2+Ar的流量分别依次为122.5ml/min、122.5ml/min和455ml/min。将0.2000g 60～100目的实施例1片状二氧化锰倒入石英管中，置于反应炉中，测试片状二氧化锰对模拟汽车尾气的净化效果。
结果请参阅图4，为本发明实施例1片状二氧化锰作为汽车尾气净化用催化剂的催化活性图。结果表明，实施例1片状二氧化锰作为汽车尾气净化用催化剂，在150-400℃对NO有高效的催化转化，在低温段和中高温段都具有良好的脱硝活性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种片状二氧化锰，其特征在于，所述片状二氧化锰的晶型结构为β相。
2.一种片状二氧化锰的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将过硫酸铵溶于氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液后，在搅拌条件下加入锰盐，进行反应，得到前驱体；
b)对所述前驱体进行煅烧，得到晶型结构为β相的片状二氧化锰。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤a)所述锰盐选自硝酸锰、硫酸锰或醋酸锰；
所述锰盐与所述过硫酸铵的摩尔比为1：(1～2)；
所述氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液的浓度为0.08M～0.15M。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤a)所述反应的温度为0℃～30℃；
所述反应的时间为15min～60min。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤b)所述煅烧的温度为300℃～400℃；
所述煅烧的时间为2h～5h；
所述煅烧的升温速率为1℃/min～5℃/min。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤a)所述进行反应之后，所述得到前驱体之前，还包括：
将反应产物依次进行离心、洗涤和干燥。
7.权利要求1所述片状二氧化锰和/或权利要求2至6所述制备方法制得的片状二氧化锰作为汽车尾气净化用催化剂的应用。
8.一种汽车尾气净化方法，其特征在于，采用权利要求1所述片状二氧化锰和/或权利要求2至6所述制备方法制得的片状二氧化锰作为催化剂，将NH3和NOx进行催化还原反应。
9.根据权利要求8所述的汽车尾气净化方法，其特征在于，所述催化还原反应的温度为150℃～400℃。
10.根据权利要求8所述的汽车尾气净化方法，其特征在于，所述催化还原反应体系的混合气体还混有氧气和/或空气。
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