CN116078375A - 一种用于低温高效催化氧化的催化剂、制备方法和应用 - Google Patents
一种用于低温高效催化氧化的催化剂、制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116078375A CN116078375A CN202310035294.0A CN202310035294A CN116078375A CN 116078375 A CN116078375 A CN 116078375A CN 202310035294 A CN202310035294 A CN 202310035294A CN 116078375 A CN116078375 A CN 116078375A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- catalyst
- cerium
- manganese
- solution
- catalytic oxidation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 87
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 49
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 36
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 31
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 27
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 26
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 19
- HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate Chemical compound [Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 13
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims description 11
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 150000002696 manganese Chemical class 0.000 claims description 8
- MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);dinitrate Chemical compound [Mn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 8
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 8
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 8
- 150000000703 Cerium Chemical class 0.000 claims description 7
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 7
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims description 7
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 7
- VGBWDOLBWVJTRZ-UHFFFAOYSA-K cerium(3+);triacetate Chemical compound [Ce+3].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O VGBWDOLBWVJTRZ-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229940071125 manganese acetate Drugs 0.000 claims description 7
- UOGMEBQRZBEZQT-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);diacetate Chemical compound [Mn+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O UOGMEBQRZBEZQT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 6
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 6
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 claims description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 3
- 238000010525 oxidative degradation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 3
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 10
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 6
- 238000013329 compounding Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 13
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 9
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 8
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 7
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WYCDUUBJSAUXFS-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Ce] Chemical compound [Mn].[Ce] WYCDUUBJSAUXFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LQWKWJWJCDXKLK-UHFFFAOYSA-N cerium(3+) manganese(2+) oxygen(2-) Chemical class [O--].[Mn++].[Ce+3] LQWKWJWJCDXKLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 2
- 230000010718 Oxidation Activity Effects 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- YOSLGHBNHHKHST-UHFFFAOYSA-N cerium manganese Chemical compound [Mn].[Mn].[Mn].[Mn].[Mn].[Ce] YOSLGHBNHHKHST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 150000003057 platinum Chemical class 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/32—Manganese, technetium or rhenium
- B01J23/34—Manganese
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9459—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/502—Carbon monoxide
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明属于催化剂制备技术领域，公开了一种用于低温高效催化氧化的催化剂、制备方法和应用，该催化剂为锰和铈的复合金属氧化物，锰和铈的复合金属氧化物的形貌为纳米颗粒状、纳米管状、纳米棒状或纳米介孔状，所述锰和铈的复合金属氧化物由水热法或溶胶凝胶法制备。本发明在应用广泛的铈基氧化物催化剂的基础上，通过复合氧化锰并制备为不同形貌提高其催化氧化性能。本发明具有一定的研究价值和应用潜力，应用前景巨大。
Description
技术领域
本发明涉及催化剂制备技术领域，具体涉及一种用于低温高效催化氧化的催化剂、制备方法和应用。
背景技术
随着社会经济的快速发展，人们生活水平的提升，大气环境污染问题日益突出，其中CO气体的排放量备受人们关注。据报道，目前我国已有超过2500万辆汽车，尽管新能源汽车的“横空出世”缓解了一定的交通压力以及大气污染容量，但在当下依旧处于燃油车为主流的时代，全国各地的机动车尾气排放量已占大气污染源85％左右，CO通过阳光紫外线作用就会形成光化学烟雾，对人体健康和大气环境造成了严重的威胁。机动车尾气的有害物质成分复杂，主要包括CO、HC、NOx等。CO是燃料在发动机内燃烧不完全的产物，是机动车尾气中占比最大的有害气体。因此，为了提高发动机的工作效率，符合国家排放标准，在机动车尾气排放处理系统中实现低温高效催化是研究者们持续关注热点的研究课题。
提高CO的催化氧化性能，不仅对于汽车尾气净化增强空气质量等实际应用至关重要，而且有助于减少CO等污染物的排放。催化氧化是一项减少CO排放的有效技术手段，该技术手段具有在远低于氧化温度下处理低浓度VOCs(挥发性有机化合物)、净化效率高、无二次污染以及能耗低等特点。而该技术的关键在于催化剂的制备。目前市场上用于CO催化燃烧的催化剂一般分为贵金属和非贵金属两大类，贵金属类包括铂系、金系等成分，如三效催化剂(TWC，Pt-Rh-Pd)，其特点是活性较高，既能实现催化氧化尾气处理系统低温高效，同时又能满足排放标准，但价格昂贵；而非贵金属类包括氧化镁、氧化钙、氧化锌等成分，其活性虽然略低(催化氧化CO时最佳温度＞350℃)，但其廉价易获得，因而人们逐渐把重心转移到非贵金属的研究上。
具有丰富氧空位的过渡金属铈基材料因其价格相对较低、储氧能力强且氧化能力突出而被广泛应用于催化氧化反应研究，但单独使用纯二氧化铈作为催化剂其催化氧化性能并不理想，因此许多研究者考虑通过负载或掺杂等手段对氧化铈催化剂进行改性进而提高其催化氧化活性，原因可归结为氧化铈与贵金属之间氧的转移机制，它与氧化铈颗粒的形貌和尺寸以及贵金属与载体之间界面的性质密切相关，当前仍缺乏一种在低温下实现高效催化、制备简单、价格低廉的氧化催化剂。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种用于低温高效催化氧化的催化剂及其制备方法和应用，采用新的技术构思，通过复合氧化锰提高其催化氧化性能，以解决上述技术问题。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种用于低温高效催化氧化的催化剂，所述催化剂为锰和铈的复合金属氧化物。
在本发明的一些优选实施方式中，所述锰和铈的复合金属氧化物的形貌为纳米颗粒状、纳米管状、纳米棒状或纳米介孔状。
本发明的另一目的在于提供一种所述用于低温高效催化氧化的催化剂的制备方法，由水热法或溶胶凝胶法制备，所述水热法包括以下步骤：
在铈盐和锰盐的混合水溶液中缓慢加入碱性溶液，混合后进行水热反应，经过滤、洗涤、干燥制得；
所述溶胶凝胶法包括以下步骤：
在铈盐和锰盐的混合乙醇溶液中加入造孔剂溶液，经老化、干燥、高温煅烧后制得。
在本发明的一些优选实施方式中，所述铈盐和锰盐中铈和锰的摩尔比为1：1。
在本发明的一些优选实施方式中，所述催化剂由溶胶凝胶法制备，所述造孔剂为草酸，包括以下步骤：
在一定温度下，将硝酸铈和硝酸锰按摩尔比溶于乙醇溶液中，再缓慢加入草酸溶液，保温搅拌至乙醇完全挥发，在室温下老化，干燥后煅烧、研磨，制得所述纳米颗粒状形貌的催化剂。
在本发明更优选的一些实施方式中，所述硝酸铈和硝酸锰的浓度均为0.028mol/L，其溶解温度在80℃，所述草酸溶液的浓度在0.240.028mol/L，乙醇溶液与草酸溶液的体积比例为140：97；所述老化的时间为48h，所述干燥条件为105℃×12h，所述煅烧条件为550℃×2h。
在本发明的一些优选实施方式中，所述催化剂由水热法制备，所述碱性溶液为尿素，包括以下步骤：
将硝酸铈和硝酸锰按摩尔比溶于去离子水中，加入尿素溶液，将混合体系转移到具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行第一水热反应，反应完成后离心洗涤、干燥，得到第一产物，将所述第一产物溶解在氢氧化钠溶液中并转移到具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行第二水热反应，反应完成后离心洗涤、干燥、研磨，制得所述纳米管状形貌的催化剂。
在本发明更优选的一些实施方式中，混合体系中铈和锰的摩尔比为1：1，所述尿素的浓度在1.688mol/L，所述第一水热反应的条件为80℃×24h，所述氢氧化钠溶液的浓度为2.5mol/L，所述第二水热反应的条件为120℃×12h，所述干燥条件为100℃×12h，所述焙烧条件为400℃×5h。
在本发明的一些优选实施方式中，所述催化剂由水热法制备，所述碱性溶液为氢氧化钠，包括以下步骤：
将醋酸铈和醋酸锰按摩尔比溶于去离子水中，缓慢加入氢氧化钠溶液，将混合体系转移到具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行水热反应，反应完成后依次进行超声处理、离心洗涤、干燥，制得所述纳米棒状形貌的催化剂。
在本发明更优选的一些实施方式中，混合体系中铈和锰的摩尔比为1：1，所述氢氧化钠的浓度在7mol/L，所述水热反应的条件为130℃×5h，所述超声处理条件为25W×2h，所述干燥条件为100℃×12h，所述焙烧条件为400℃×5h。
在本发明的一些优选实施方式中，所述催化剂由溶胶凝胶法制备，所述造孔剂为F127，包括以下步骤：
将醋酸铈、醋酸锰和F127按摩尔比溶于乙醇溶液中，充分混合后在一定温度下老化，将形成的凝胶干燥后煅烧、研磨，制得所述纳米介孔状形貌的催化剂。
在本发明更优选的一些实施方式中，所述醋酸铈、醋酸锰和F127的浓度分别为79.25mg/mL、61.25mg/mL、50mg/mL，所述老化条件为60℃×72h，所述煅烧条件为400℃×5h。
本发明还提供了一种所述催化剂的应用，具体可用于催化氧化降解处理机动车尾气中的CO污染气体。
本发明的有益效果为：
本发明在应用广泛的铈基氧化物催化剂的基础上，通过复合氧化锰提高其催化氧化性能，本发明还通过简单的水热法或溶胶凝胶法制备不同形貌的锰铈催化剂，不仅操作简单，而且不同形貌锰铈催化剂中0.5Mn/CeO2-T(纳米管)的催化活性T90(CO转化率达到90％时的温度)最高约为200℃，这与商用CeO2、商用MnO2催化剂的催化活性相比，其催化活性相差约200℃，说明所制备的锰铈催化剂在低温催化氧化CO、甲苯、甲醛、乙酸乙酯中具有巨大潜力。同时，本领域技术人员还可以在本发明所述催化剂的基础上掺杂具有高活性的其它元素，本发明所述催化剂具有一定的研究价值和应用潜力，应用前景巨大。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例1-4所述催化剂与商业化MnO2、CeO2的XRD谱图；
图2是所述0.5Mn/CeO2-P催化剂的SEM谱图；
图3是所述0.5Mn/CeO2-T催化剂的SEM谱图；
图4是所述0.5Mn/CeO2-R催化剂的SEM谱图；
图5是所述0.5Mn/CeO2-Me催化剂的SEM谱图；
图6是商业化CeO2(CeO2-Comm)的SEM谱图；
图7是商业化MnO2(MnO2-Comm)的SEM谱图；
图8是实施例1-4所述催化剂催化氧化CO的性能评价图；
图9是所述0.5Mn/CeO2-T催化剂与商业化CeO2、MnO2的催化性能评价对比图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例
本发明提供的用于低温高效催化氧化的催化剂，为锰和铈的复合金属氧化物；所述锰和铈的复合金属氧化物的形貌为纳米颗粒状、纳米管状、纳米棒状或纳米介孔状。
前述用于低温高效催化氧化的催化剂的制备方法，由水热法或溶胶凝胶法制备而成，其中所述水热法主要包括以下步骤：
在铈盐和锰盐的混合水溶液中缓慢加入碱性溶液，混合后进行水热反应，经过滤、洗涤、干燥制得；
其中，所述溶胶凝胶法，主要包括以下步骤：
在铈盐和锰盐的混合乙醇溶液中加入造孔剂溶液，经老化、干燥、高温煅烧后制得。
下面以多个具体的实施例加以详细说明。
实施例1
本实施例提供的用于低温高效催化氧化的催化剂，具体是一种催化氧化催化剂，其制备方法包括以下步骤：
在80℃的条件下，将硝酸铈(1.382g，4mmol)和硝酸锰(1.382g，4mmol)依次加入乙醇溶液中，磁力搅拌至完全溶解，保持在80℃温度下，将草酸溶液(0.24mol/L，97mL)快速加入到上述硝酸盐溶液中，同时进行搅拌使溶液充分混合并使乙醇蒸发，直至形成凝胶，在室温下老化48h后，将所制得的凝胶放置在烘箱中105℃干燥12h，将干燥后的产物放置在马弗炉中煅烧(550℃、2h)，将煅烧后所得产物进行研磨得到的粉末，制得纳米颗粒状形貌的催化剂，记为0.5Mn/CeO2-P。
实施例2
本实施例提供的用于低温高效催化氧化的催化剂，具体是一种催化氧化催化剂，其制备方法包括以下步骤：
在磁力搅拌的条件下，将硝酸铈(0.744g，1.7mmol)和硝酸锰(0.399g，1.7mmol)以及尿素(1.575g)依次溶解于35mL去离子水中，磁力搅拌至完全溶解，得到混合悬浮液，将所述混合悬浮液转移至内胆为聚四氟乙烯的50mL水热反应釜中，然后置于烘箱中80℃水热反应24h，反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，将悬浮液转移至烧杯中，离心洗涤、过滤和干燥沉淀物后获得乳白色粉末；将所述乳白色粉末溶解在37.5mLNaOH(2.4moL/L)溶液中，将混合物转移至50mL水热反应釜中，然后置于烘箱中120℃水热反应12h，反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，将悬浮液转移至烧杯中，离心、洗涤，将得到的产物置于100℃烘箱中干燥12h，将所收集到的产物进行研磨得到的粉末，制得纳米管状形貌的催化剂，记为0.5Mn/CeO2-T。
实施例3
本实施例提供的用于低温高效催化氧化的催化剂，具体是一种催化氧化催化剂，其制备方法包括以下步骤：
将醋酸铈(0.396g，1.25mmol)和醋酸锰(0.306g，1.25mmol)依次溶于7.5mL去离子水中，磁力搅拌至完全溶解制得醋酸盐溶液；配制30mL7mol.L-1的NaOH溶液制得强碱溶液；将强碱溶液缓慢加入醋酸盐溶液中，继续搅拌30min之后形成半透明紫色悬浮液，将所述悬浮液转移至内胆为聚四氟乙烯的50mL的水热反应釜中，然后置于130℃的烘箱中水热反应5h，反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，将悬浮液转移至烧杯中，将烧杯放入超声震荡仪内进行处理(超声功率为25W，超声时间为2h)，最后用去离子水将产物离心洗涤至pH＝7，无水乙醇洗涤1次，得到的产物置于100℃烘箱中干燥12h，将所收集到的产物进行研磨得到的粉末，制得纳米棒状形貌的催化剂，记为0.5Mn/CeO2-R。
实施例4
本实施例提供的用于低温高效催化氧化的催化剂，具体是一种催化氧化催化剂，其制备方法包括以下步骤：
将醋酸铈(1.585g，5mmol)、醋酸锰(1.225g，5mmol)和F127(1g)依次溶解在乙醇溶液(20mL)中，将混合物搅拌2h以确保充分混合后，将混合物置于烘箱中60℃反应72h以形成凝胶，老化后，将所得凝胶放入马弗炉中，在400℃下煅烧5h以完全去除表面活性剂，将煅烧后所得产物进行研磨后得到的粉末，制得纳米介孔状形貌的催化剂，记为0.5Mn/CeO2-Me。
应用实验例
前述实施例制备的催化剂的应用，具体是可用于催化氧化降解处理机动车尾气中的CO污染气体。具体试验过程和结果为：
(1)实施例1-4所述催化剂的XRD谱图如图1所示，具体数据如下：
0.5Mn/CeO2-P：28°(111)、33°(200)、47°(220)、57°(311)；
0.5Mn/CeO2-T：28°(111)、33°(200)、47°(220)、57°(311)、70°(543)、78°(320)、79°(202)、80°(400)；
0.5Mn/CeO2-R：28°(111)、33°(200)、47°(220)、57°(311)；
0.5Mn/CeO2-Me：28°(111)、33°(200)、47°(220)、57°(311)；
(2)实施例1-4所述催化剂的SEM图依次如图2-5所示。
(3)以大气污染物CO为污染探针分子，对实施例1-4四种不同形貌的锰铈氧化物进行催化氧化活性的评价，以CO的转化率为评价指标，对比四种不同形貌的锰铈氧化物之间的活性差异，具体操作过程如下：
取0.1g所述催化剂进行压片造粒(40～60目)，混合4:1的同样颗粒大小的石英砂(防止粉末进入GC或堵塞影响流速，同时还有使催化剂受热更均匀的作用)，催化剂放置在石英反应管(内径6mm)中部，两端用适量的石英棉进行催化剂固定，反应管一端插入K型热电偶接触石英棉层，监测反应管内催化剂的实时温度，连接两端接口，放置于加热炉膛中，加热炉温度由温度控制仪(AI-707，厦门宇光电子股份有限公司)控制；
反应条件为：1％CO+20％O2+N2，气体总流量为100mL/min，浓度和流量由流量计来调控。尾气检测由带有离子火焰检测器(FID检测器)的气相色谱仪(GC，2014C，岛津)分析。
催化氧化曲线中每个温度点都要先稳定30min之后再进行数据采集，采集结果取平均值以确保结果的准确性。
实施例1-4四种不同形貌锰铈氧化物催化剂催化氧化CO的性能测试曲线图如图8所示，从图8中可以看到催化性能最好的催化剂为0.5Mn/CeO2-T，其T90≈200℃。
将0.5Mn/CeO2-T与商用MnO2以及商用CeO2催化剂进行比较时，如图9所示，0.5Mn/CeO2-T的催化性能远远好于商用CeO2催化剂的催化性能，同时发现，在180℃前，0.5Mn/CeO2-T氧化物催化剂的催化氧化性能不如商用MnO2，但180℃后，纳米管形貌的氧化物催化剂的催化氧化性能要大于商用MnO2，但纳米管形貌的氧化物的催化剂的T90依旧远远大于商用MnO2催化剂。综上说明，所制备的纳米管形貌的氧化物催化剂催化性能最佳。
本发明上述实施例，重点是在应用广泛的铈基氧化物催化剂的基础上，通过复合氧化锰并制备为不同形貌提高其催化氧化性能。本发明具有一定的研究价值和应用潜力，应用前景巨大。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种用于低温高效催化氧化的催化剂，其特征在于，所述催化剂为锰和铈的复合金属氧化物。
2.根据权利要求1所述的用于低温高效催化氧化的催化剂，其特征在于，所述锰和铈的复合金属氧化物的形貌为纳米颗粒状、纳米管状、纳米棒状或纳米介孔状。
3.根据权利要求1或2所述的用于低温高效催化氧化的催化剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体为水热法或溶胶凝胶法；
水热法包括以下步骤：
在铈盐和锰盐的混合水溶液中缓慢加入碱性溶液，混合后进行水热反应，经过滤、洗涤、干燥制得催化剂；
所述溶胶凝胶法包括以下步骤：
在铈盐和锰盐的混合乙醇溶液中加入造孔剂溶液，经老化、干燥、高温煅烧后制得催化剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水热法中的铈盐和锰盐中铈和锰的摩尔比为1：1。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液为尿素，由水热法制备时，包括以下步骤：
将硝酸铈和硝酸锰按摩尔比溶于去离子水中，加入尿素溶液，将混合体系转移到具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行第一水热反应，反应完成后离心洗涤、干燥，得到第一产物，将所述第一产物溶解在氢氧化钠溶液中并转移到具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行第二水热反应，反应完成后离心洗涤、干燥、研磨，制得所述纳米管状形貌的催化剂。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液为氢氧化钠，由水热法制备时，包括以下步骤：
将醋酸铈和醋酸锰按摩尔比溶于去离子水中，缓慢加入氢氧化钠溶液，将混合体系转移到具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行水热反应，反应完成后依次进行超声处理、离心洗涤、干燥，制得所述纳米棒状形貌的催化剂。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的溶胶凝胶法，具体包括以下步骤：
在一定温度下，将硝酸铈和硝酸锰按摩尔比溶于乙醇溶液中，再缓慢加入草酸溶液，保温搅拌至乙醇完全挥发，在室温下老化，干燥后煅烧、研磨，制得所述纳米颗粒状形貌的催化剂。所述造孔剂为草酸。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，由溶胶凝胶法制备时，所述造孔剂为F127，具体包括以下步骤：
将醋酸铈、醋酸锰和F127按摩尔比溶于乙醇溶液中，充分混合后在一定温度下老化，将形成的凝胶干燥后煅烧、研磨，制得所述纳米介孔状形貌的催化剂。
9.根据权利要求1或2所述用于低温高效催化氧化的催化剂，在催化氧化降解处理机动车尾气中的CO污染气体中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310035294.0A CN116078375A (zh) | 2023-01-10 | 2023-01-10 | 一种用于低温高效催化氧化的催化剂、制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310035294.0A CN116078375A (zh) | 2023-01-10 | 2023-01-10 | 一种用于低温高效催化氧化的催化剂、制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116078375A true CN116078375A (zh) | 2023-05-09 |
Family
ID=86213451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310035294.0A Pending CN116078375A (zh) | 2023-01-10 | 2023-01-10 | 一种用于低温高效催化氧化的催化剂、制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116078375A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010142350A1 (en) * | 2009-06-12 | 2010-12-16 | Aggregate Energy, Llc. | Catalyst comprising a metal and a supplemental component and process for hydrogenating oxygen containing organic products |
| CN108358299A (zh) * | 2018-02-26 | 2018-08-03 | 彭波涛 | 一种臭氧催化降解染料废水的处理工艺 |
| CN109317152A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-02-12 | 广州大学 | 一种钙钛矿型金属氧化物催化剂的制备方法 |
| CN113198459A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-08-03 | 上海中船临港船舶装备有限公司 | 一种用于低温催化燃烧的催化剂及其制备方法和应用 |
| CN113198483A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-08-03 | 云南大学 | 一种co氧化用过渡金属复合二氧化铈纳米催化剂及其制备方法和应用 |
| CN113289605A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-08-24 | 南京工业大学 | 一种低温no氧化催化剂及其制备方法 |
-
2023
- 2023-01-10 CN CN202310035294.0A patent/CN116078375A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010142350A1 (en) * | 2009-06-12 | 2010-12-16 | Aggregate Energy, Llc. | Catalyst comprising a metal and a supplemental component and process for hydrogenating oxygen containing organic products |
| CN108358299A (zh) * | 2018-02-26 | 2018-08-03 | 彭波涛 | 一种臭氧催化降解染料废水的处理工艺 |
| CN109317152A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-02-12 | 广州大学 | 一种钙钛矿型金属氧化物催化剂的制备方法 |
| CN113198459A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-08-03 | 上海中船临港船舶装备有限公司 | 一种用于低温催化燃烧的催化剂及其制备方法和应用 |
| CN113198483A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-08-03 | 云南大学 | 一种co氧化用过渡金属复合二氧化铈纳米催化剂及其制备方法和应用 |
| CN113289605A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-08-24 | 南京工业大学 | 一种低温no氧化催化剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GUOZHU CHEN ET AL.: "Interfacial Reaction-Directed Synthesis of Ce–Mn Binary Oxide Nanotubes and Their Applications in CO Oxidation and Water Treatment", 《ADV. FUNCT. MATER.》, vol. 22, no. 18, 25 May 2012 (2012-05-25), pages 3914 - 3920 * |
| XINXIN XING ET AL.: "Synthesis of mixed Mn–Ce–Ox one dimensional nanostructures and their catalytic activity for CO oxidation", 《CERAMICS INTERNATIONAL》, vol. 41, no. 3, 10 December 2014 (2014-12-10), pages 4675 - 4682 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107983338B (zh) | 一种提高钙钛矿型复合金属氧化物催化性能的方法 | |
| CN104495837B (zh) | 一种马尾藻基活性炭及其制备方法和应用 | |
| CN105107514A (zh) | 一种蜂窝状非钒脱硝成型催化剂、制备方法及其用途 | |
| WO2019062449A1 (zh) | 干法脱硫脱硝剂及其生产方法和应用 | |
| CN107456981A (zh) | 一种废气脱硝复合催化剂及其制备方法 | |
| CN107456964A (zh) | 用于碳氢化合物低温氧化的超大比表面积钙钛矿型复合氧化物催化剂及其制备 | |
| CN105771961B (zh) | 一种CeO2纳米管担载的脱硝催化剂及其制备方法 | |
| CN107126959B (zh) | 一种凹凸棒石负载CoTiO3-CeO2异质结SCR低温脱硝催化剂及其制备方法 | |
| CN110947394A (zh) | 一种基于ZIF-67-Mn/Co的低温NO氧化催化剂及制备方法与应用 | |
| WO2009094891A1 (fr) | Catalyseur au cu-ce-al permettant d'enlever des particules de suie et du nox simultanément, et procédé de préparation associé | |
| CN113000046A (zh) | 一种用于氮氧化物和挥发性有机物协同净化的改性锰基莫来石型催化剂、其制备方法和应用 | |
| CN107715891A (zh) | 钙钛矿型复合碳烟燃烧催化剂及其制备方法 | |
| CN111889100A (zh) | 一种用于氧化去除柴油车碳烟的隐钾锰矿型混合锰氧化物催化剂 | |
| CN110560102B (zh) | 一种氟氧化铋复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113680343B (zh) | 一种三维立方CeO2/Mn2O3复合光热催化剂制备方法及其应用 | |
| CN104289253B (zh) | 一种用于汽车内燃机尾气净化的催化剂及其制备方法 | |
| CN113398920B (zh) | 一种超长二氧化铈纳米棒负载氧化锰低温脱硝催化剂及其制备方法 | |
| CN113262780A (zh) | 高活性和高稳定性的锰基碳烟催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111569922B (zh) | 用于催化燃烧voc废气的稀土掺杂类水滑石衍生氧化物催化剂及其制备方法 | |
| CN111111641B (zh) | 一种二氧化铈基催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN109078631A (zh) | 低温高效的Ce基催化剂制备及NOx消除性能研究 | |
| CN116078375A (zh) | 一种用于低温高效催化氧化的催化剂、制备方法和应用 | |
| CN112844394A (zh) | 一种CuO-CeO2负载型催化剂的制备方法及在尾气NOx和CO无氧消除中的应用 | |
| CN116726909A (zh) | 一种高抗水的Ce-Mn双金属氧化物及其制备方法和应用 | |
| CN103349980B (zh) | 一种铈基催化剂及其制备方法和在氮氧化物选择性催化还原中的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |