[发明专利]一种金属柱撑改性层状锰Birnessite及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种金属柱撑改性层状锰Birnessite及其制备和应用，本发明通过加入助沉剂，以水热法制备层状锰前驱体，然后经过氢离子交换，柱撑置换，以及引入金属离子的反应，最后焙烧而得到金属柱撑改性层状锰Birnessite，所制得的该催化剂具有较高的催化氧化活性、催化降解性能、热稳定性和抗中毒能力，可用于催化降解烟气中的挥发性有机物(VOCs)。本发明提供的制备方法简单，具有工业应用价值。

技术领域

本发明涉及大气污染控制领域，特别涉及一种对挥发性有机废气，特别是对烟气中的含氯挥发性有机化合物具有高效的催化氧化降解性能的金属柱撑改性层状锰Birnessite及其制备方法和应用。

背景技术

现今大气污染日益严重，其中挥发性有机物(Volatile Organic Componds,VOCs)是大气污染中的主要污染物之一，更是造成光化学烟雾、雾霾的主要诱因，对人类生活和身体健康造成严重影响。油漆、润滑油、有机溶剂等化学制品的使用，工业废渣的焚烧，各种尾气的排放，石油化工和石油炼制，橡胶的生产以及农药的频繁使用等都导致大量的VOCs排放到大气中造成污染。并且VOCs中有些含氯挥发性有机物(Cl-VOCs) 是“三致”(致畸、致癌、致突变)物质，因此，对于含氯有机物的消除迫在眉睫。

在实际工业体系中，对气态高浓度VOCs可以采用吸收法、吸附法将其回收利用，对中等浓度无法回收利用的VOCs则采用直接燃烧法将其燃烧分解，而对气态低浓度VOCs则采用催化燃烧法更加经济实用。催化燃烧法是在加入催化剂的条件下，在较低的温度，将VOCs完全转化成CO₂和H₂O，催化燃烧由于其转化温度低、选择性高和无二次污染等特点而受到更多的重视，具有广阔的发展前景，被认为是最可行、最经济、最可靠的方法。

目前，催化燃烧研究工作集中在贵金属负载型催化剂、钙钛矿型非贵金属催化剂以及过渡金属氧化物催化剂，贵金属因价格昂贵、资源短缺，这也限制了贵金属催化剂的工业应用；过渡金属氧化物按晶形可分为钙钛矿型、尖晶石型及复合氧化物型催化剂，过渡金属氧化物催化剂因资源丰富，价格相对较低，并具有较好的催化性能以及具有一定的抗氯中毒能力，在催化燃烧Cl-VOCs上具有很好的应用前景。

由于我国锰矿资源丰富，金属锰作为催化活性可媲美贵金属的廉价过渡金属而受到广泛研究，无论是脱硫脱硝，还是烟气处理，锰作为活性物种，总能看到锰氧化物的存在。但是，就目前报道的催化剂看来，锰在具备贵金属高活性的同时，也同贵金属一样，及其容易中毒失活，如果锰氧化物如同贵金属一样作为活性物种少量添加于催化剂，催化剂的寿命将如同贵金属催化剂一般，经常更换催化剂，增加工业成本。

因此，亟需开发一种催化降解性能强、热稳定性好、抗中毒性能好的催化剂以满足市场以及环境污染治理的需要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：通过加入助沉剂，以水热法制备层状锰前驱体，然后经过氢离子交换，柱撑置换，和引入金属离子反应，最后焙烧而得到金属柱撑改性层状锰Birnessite，从而使得本发明制备的金属柱撑改性层状锰Birnessite具有较高的催化氧化活性、催化降解性能、热稳定性和抗中毒能力。本发明提供的制备方法简单，具有工业应用价值，从而完成本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

(1)一种金属柱撑改性层状锰Birnessite的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤1：制备层状锰前驱体，产物记为K-Bir；

步骤2：进行氢离子交换，产物记为H-Bir；

步骤3：进行柱撑置换，产物记为A-Bir；

步骤4：引入金属离子反应，产物记为AM-Bir；

步骤5：焙烧，产物记为M-Bir。