[发明专利]一种微波催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种微波催化剂的制备方法，其以氧化钙和氯化铁为原料，充分混合和焙烧，并配以碳化硅粉末压滤、烘烤成型；本发明还涉及微波催化剂在挥发性有机物降解反应中的应用。本发明的催化剂制备简单，原料易得，制备过程可以合成多晶或晶粒较大的、烧结性较好的固体材料，同时焙烧形成的铁酸钙和碳化硅都具有高介电常数，吸波性能好；采用本发明催化剂进行挥发性有机物微波降解，升温迅速，催化效率高，降解反应效果好。

技术领域

本发明涉及一种微波催化剂的制备方法及其应用，特别是在挥发性有机物降解中的应用。

背景技术

微波催化技术作为一种新型绿色技术出现，其通过微波在物料内部的介电耗损直接将化学反应所需的能量选择性的传递给反应的分子或者原子。微波催化反应是利用某种具有催化效应的吸波物质吸收微波能，物质表面快速升温发生化学反应，如铁系金属氧化物、碳化硅和活性炭等。其催化原理是，由于催化剂表面弱键与缺陷位的存在，当微波照射时，因其不对称的微观结构使得其在电磁波场中因反复振动迅速升温，使其外层电子轨道更加活跃更容易和反应物质发生氧化还原反应，同时在其表面形成高温热点，当反应物分子与这些高温热点接触时即可发生化学反应。通过适当控制微波的照射时间和功率可以控制催化剂的温度。同时，微波加热的选择性特点，使不同组分间因热膨胀系数不同而在晶格间产生热应力，导致颗粒间边界断裂或产生裂缝，因而使得催化剂的反应表面积增大，从达到优化传质传热的效果。

ABO₃型结构材料应用广泛，几乎被称作万能材料，在通常情况下，A位是半径较大的碱金属、碱土金属和稀土金属离子，处于12个氧原子组成的十四面体的中央。B位是半径比较小的过渡金属离子，处于6个氧离子组成的八面体中央。B位离子决定了钙钛矿型化合物的催化活性，A位离子是影响化合物结构和B位离子价态的重要因素。当A位离子或B位离子被不同价态的离子取代时，通过形成氧离子空穴或者形成混合价态来保持化合物的电中性。氧空穴的形成或B位离子价态的变化使得化合物具有更高的活性。该类材料主要具有磁性、电性、催化性、氧渗透性，传感性等，已被广泛用作各种磁性材料、铁电材料、压电材料，固体电解质、氧渗透膜和氧分离膜、固体氧化物燃料、电池电极、生物传感器、超导材料、化学反应和光化学反应的催化剂。作为催化剂，尤其是作为燃烧反应催化剂，S. Royer等在应用催化学报中指出ABO₃型催化剂催化汽车尾气中的 CO、NOx的完全氧化反应效果非常好。

ABO₃结构类型化合物的制备方法不同，所制得的材料性质也不同。目前具有此类功能的材料其主要制备方法从大的方面可分为干法和湿法两类。干法主要包括高温固相法、直接或间接反应的机械研磨法、复杂化合物热分解法；湿法主要包括溶胶—凝胶法、水热法、共沉淀法、微乳、自动燃烧法、喷溅-干燥，冻结-干燥等。常用的方法是高温固相，水热及溶胶-凝胶法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备方便且成品催化效率高的微波催化剂的制备方法，本发明还提供了其在挥发性有机物降解中的应用。

本发明提供的技术方案是：一种微波催化剂的制备方法，其包括如下步骤：

步骤（1）：将100g氧化钙溶于500mL质量分数5-30%的氯化铁溶液中，以100-300r/min转速均匀搅拌，以100-500mL/min的流量吹入空气进行曝气，同时用NaOH溶液调节并稳定溶液pH至8-10，至胶状物消失且溶液呈泥浆状，结束搅拌；

步骤（2）：将步骤（1）所得泥浆与碳化硅粉末按照质量比5:1混合均匀；

步骤（3）：取步骤（2）所得产品，采用带式压滤机压滤脱水，得到滤饼；

步骤（4）：将步骤（3）所得滤饼造粒，在80-120℃的烘箱中烘烤12-14h，得到催化剂半成品；