[发明专利]一种层状氧化锰多孔材料催化剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种层状氧化锰多孔材料催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

多孔材料由于具有较大的比表面积、吸附容量等特殊性能，在吸附、催化及电化学等领域得到广泛的应用。近年来微观有序多孔材料已成为科学研究的主要方向之一。目前，通过水热合成法，溶胶-凝胶法、插层组装等合成方法，人们已经合成了多种过渡金属氧化物多孔材料。层状二氧化锰是具有二维结构的层状锰氧化物，其片层由锰氧八面体MnO₆共边或者共角构成，层间有水分子和可自由离子交换的K⁺或者Na⁺，层间距为0.7nm。层状二氧化锰具有可插层、可剥离的性质，以二氧化锰纳米片为构建模块，用有机大分子或者无机柱化剂进行插层组装，构成不同客体，不同活性组分分布的层状氧化锰复合材料，使得复合材料同时具有层状氧化锰主体和客体分子的性质，从而实现对层状氧化锰催化性能的可调控。层状二氧化锰具有优越的离子交换性能、吸附性能、氧化性能、催化性能等独特的性质。作为一种新型的功能材料，已有报道层状二氧化锰在催化热分解苯胺类、液相氧化醇类和催化燃烧苯系物等中都表现出理想的催化活性，因而具有广阔的工业应用前景，是极具潜力的催化燃烧催化剂。本研究采用剥离组装法和原位氧化法制备了氧化铝柱层状氧化锰多孔材料，并将之应用于新型清洁能源二甲醚的催化燃烧反应，实现了低温高效的催化燃烧。

   目前报道用于二甲醚催化燃烧反应用的催化剂有掺杂型六铝酸盐催化剂、贵金属负载型催化剂和金属氧化物催化剂。其中，专利2008100268109以隧道状氧化锰通过离子交换法制备的离子掺杂型氧化锰八面体分子筛催化剂和专利2010101130466以Birnessite型氧化锰前驱体通过浸渍法制备的不同金属离子掺杂型氧化锰催化剂在二甲醚催化燃烧中表现出优异的催化活性，起燃温度T₁₀（二甲醚转化率为10%的温度）由空管的235℃分别降至160℃和149℃。在本专利中，我们以层状二氧化锰为前驱体，通过剥离组装法和原位氧化还原法制备的氧化铝柱层状二氧化锰多孔材料催化剂，并将其应用于二甲醚催化燃烧中，结果发现催化燃烧性能进一步提高，获得很好的催化活性和稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种层状氧化锰多孔材料催化剂的制备方法及其应用。

本发明提供的一种层状氧化锰多孔材料催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）在室温下，氢型层状氧化锰首先进行超声剥离，得到的二氧化锰纳米片溶液分散在0.1~1mol·L^-1的金属离子盐溶液中重组，得到不同金属离子插层层状氧化锰，标记为A^x+-MO；

（2）在氨水和双氧水环境中A^x+-MO进一步氧化生成金属氧化物柱撑层状氧化锰，标记为A₂O_X-MO；

（3）A₂O_X-MO在空气中300~600℃焙烧1~6h后，成型得到金属氧化物柱层状氧化锰多孔材料催化剂。

上述步骤（1）所述的二氧化锰纳米片的制备方法：将氢型层状氧化锰加入到四甲基氢氧化铵溶液中，其中四甲基氢氧化铵与氧化锰离子交换容量的摩尔比为5，超声1h，得到二氧化锰纳米片。

上述步骤（1）所述的金属离子盐溶液是AlCl₃·6H₂O、Ce(NO₃)₃·6H₂O或SnCl₄ 溶液。

上述步骤（1）所述的金属离子插层层状氧化锰A^x+-MO的制备中，金属离子A^x+为Al³⁺、Sn⁴⁺或Ce³⁺，金属离子A^x+与层状氧化锰离子交换容量的摩尔比为1~5。

上述步骤（2）所述的A₂O_X-MO，其中A为金属元素Al、Sn或Ce。

上述步骤（2）所述的氨水和双氧水是0.8 mol·L^-1氨水和1 mol·L^-1双氧水。

上述步骤（3）所述的焙烧升温速率为1~8°/min。

本发明还提供一种所述的层状氧化锰多孔材料催化剂应用于二甲醚的催化燃烧。

本发明的有益效果是：