[发明专利]一种制备高效稀土元素负载铜铝基催化剂的方法及其所制备的催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及无机功能材料领域，具体涉及一种稀土元素掺杂铜铝的催化剂及其制备方法。

背景技术

随着化工企业规模的不断发展，不可避免的会出现易挥发有机物(VOCs)的排放，其中工业源排放被认为是最主要的空气污染源之一。挥发性有机化合物是一类毒性大、污染严重的化学物质，目前更是大量的存在于人类居住的建筑环境中。VOCs一旦与空气中的NO_x在阳光的作用下发生光化学反应产生O₃，将导致光化学污染，它吸收地表的红外辐射引起温室效应，破坏臭氧层，最终引起人类致癌和生态破坏，危及生存环境。

目前工业中主要采用过渡型金属氧化物作为催化剂，催化氧化降解VOCs，并且取得了一定的成效。丁梦林等采用将贵金属Pt与Ce混合掺杂在CuO/Al₂O₃上，通过控制Pt/Ce的比例，取得了较好的催化效果。但是，该方法的合成步骤较为复杂繁琐，制备的催化剂活性有待提高，且因掺入贵金属，因而成本较高。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种制备高效稀土元素负载铜铝基催化剂的方法及其所制备的催化剂，该方法简单、易操作，通过本发明可以合成比表面积高，对挥发性有机污染物(VOCs)具有较高催化氧化降解能力的活性催化剂。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案如下：一种制备高效稀土元素负载铜铝基催化剂的方法，所述方法由下列步骤组成：

1)活化载体：以活性氧化铝为载体，将其干燥活化；

2)配置铜源溶液和稀土源溶液：以铜盐为铜源，配制浓度为0.5～5mol/L的铜盐溶液，以稀土元素M的盐为稀土源，按照摩尔比Cu∶M＝1～15∶1的比例，称取稀土元素M的盐溶于所述铜盐溶液中

3)浸渍吸附：通过摩尔比Cu∶Al＝1∶1～20的比例称取干燥后的活性氧化铝，将其在步骤2)所得的M/Cu混合溶液中浸渍吸附；

4)过滤干燥：待吸附完全后，过滤，将过滤后的吸附产物在烘箱干燥；

5)焙烧：将干燥的产物，在管式炉空气条件中焙烧，即可得到高效稀土元素负载铜铝基催化剂。

优选的，所述步骤1)中干燥活化条件为烘箱中70～120℃下干燥3-8h。

优选的，所述铜盐是在高温加热下能够分解成为CuO的盐。

优选的，所述铜盐选自硝酸铜、乙酸铜。

优选的，所述稀土元素M包括：Ce、La、Nd。

优选的，所述稀土元素M的盐选自Ce、La、Nd的硝酸盐。

优选的，所述步骤3)中震荡吸附条件为摇床条件下震荡吸附12-24h。

优选的，所述步骤4)中干燥条件为烘箱中70～120℃，干燥3～6h。

优选的，所述步骤5)中焙烧条件为300-700℃下焙烧2-8h。

本发明方法具体步骤如下：

(1)首先对活性氧化铝颗粒进行预处理，取过量的氧化铝于烘箱中70～120℃下干燥3-8h；

(2)以铜盐为铜源，配置浓度为0.5～5mol/L的铜盐溶液，以稀土元素M的盐为稀土源，按照摩尔比Cu∶M＝1～15∶1的比例，称取稀土元素M的盐溶于所述铜盐溶液中，保留备用；

(3)以摩尔比Cu∶Al＝1∶1～20的比例称取干燥后的活性氧化铝，将其在步骤2)所得的M/Cu混合溶液中浸渍吸附，摇床条件下震荡吸附12-24h；

(4)待吸附完全后，循环水泵过滤，将过滤后的吸附产物在烘箱中70～120℃，干燥3～6h；

(5)最后将干燥的产物，在管式炉空气条件下，300-700℃下焙烧2-8h，即可得到高效稀土元素负载铜铝基催化剂。

本发明还提供一种高效稀土元素负载铜铝基催化剂，所述高效稀土元素负载铜铝基催化剂按照权利要求1～9任一所述的方法制备；所述高效稀土元素负载铜铝基催化剂以活性氧化铝为催化剂载体，稀土元素负载CuO分散在催化剂载体表面。

本发明制备的稀土元素负载铜铝基催化剂具有很高的催化活性，这是由于稀土元素的掺入能够更有效地使Cu均匀分散在催化剂载体的表面，经煅烧后同样CuO能够有效地分散在催化剂载体表面。而作为催化剂载体的活性氧化铝，由于具有较好的孔道结构，在降解反应时，能够使目标分子进入孔道，与负载在孔道中的催化剂活性点接触，从而发生高效的催化降解反应。