[发明专利]一种催化VOCs的锰-铜基复合氧化物掺杂稀土元素的催化剂及其制备方法和应用

说明书

一种催化VOCs的锰‑铜基复合氧化物掺杂稀土元素的催化剂及其制备方法和应用。本发明公开的催化剂以高孔容的堇青石蜂窝状陶瓷材料为载体，由内而外依次包覆第一金属氧化物涂层、第二金属氧化物涂层和第三层金属氧化物涂层；所述第一金属氧化物涂层为活性三氧化二铝，所述第二金属氧化物涂层为铪‑镧‑铈氧化物，所述第三金属氧化物涂层为锰‑铜基氧化物。本发明提供的催化剂采用非贵金属代替贵金属；本发明提供的催化剂涂层分散均匀，活性组分与基体结合力强，不易脱落或龟裂，在高速气流及热冲击下仍能保持较高活性，重复使用活性稳定，对VOCs气体催化活性强，制备工艺简单，成本低廉，适合大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种催化VOCs的锰-铜基复合氧化物掺杂稀土元素的催化剂及其制备方法和应用，属于环境保护催化材料和大气污染治理技术领域。

背景技术

挥发性有机化合物简称VOCs，是指常温下饱和蒸汽压大于133.32 Pa、常压下沸点在50-260℃以下的有机化合物，或在常温常压下任何能挥发的有机固体或液体。主要产生于石油炼制行业以及电子、印刷、涂料、医药、喷漆、印刷、人造革、农药、橡胶、电子元器件的脱脂等行业以及汽车尾气。VOCs可对生态环境和人类健康构成极大的威胁。在阳光和热的作用下参与氧化氮反应形成臭氧，导致空气质量变差并且是夏季光化学烟雾、城市灰霾的主要成分；也是形成细粒子 （PM2.5）和臭氧的重要前体物质，大气中VOCs在PM2.5中的比重占20%-40%左右，还有部分PM2.5由VOCs转化而来；VOCs大多为溫室效应气体，能引发温室效应等一系列生态灾害。大多数化学成分具有毒性，VOCs超过一定浓度时，会刺激人的眼睛和呼吸道，使皮肤过敏、咽痛与乏力；VOCs伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，导致急、慢性中毒，甚至致癌和突变。随着人民生活水平的提高，对生活环境的要求也越来越高,该类气体的有效处理引起了人们的广泛关注。

对有机废气的治理，人们早就有研究，而且已经开发出一些卓有成效的控制技术，如广泛采用并且研究较多的有吸附法、冷凝法、吸收法、生物处理法、膜分离技术、光催化、直接燃烧法、催化燃烧法和等离子技术等。其中催化燃烧法在处理大分量、低浓度、成分复杂的VOCs时，在较低温度（200-500℃）下，可实现VOCs的完全氧化，具有设备简单、能耗低、净化效率高以及不产生二次污染等优点。因此已成为治理最有前景的方法之一，该技术的核心是催化剂，以块状载体作为骨架基体的催化剂称为整体式催化剂。整体式催化剂具有大量宏观的中空孔道，与粉末催化剂相比，在传热、传质和压降性能上有很大优势。常用的载体为堇青石蜂窝陶瓷，其本身的比表面小于1g/m²，必须使负载的活性组分散在基质材料表面。常用的活性组分多为贵金属铂、钯、铑、银、钌等，其中尤以铂、铑应用最为常见。从催化剂活性来说，根据贵金属的电子结构，了解到d电子轨道未填满，颗粒表面易吸附反应物，且强度适中，有利于形成中间“活性化合物”，具有较高的催化活性；从催化剂选择性和稳定性来说，贵金属催化剂具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等特性，处理效果较理想，应用较为广泛。但VOCs如含氯或硫有机物，被催化氧化后生成的物种会强吸附在贵金属催化剂表面或与活性组分化合，导致活性组分流失，催化剂中毒失活，同时生成其它有机物造成二次污染。而且贵金属催化剂成本高，限制了其应用。

针对以上技术瓶颈，研究和开发低成本、高活性、抗毒性能强的氧化降解催化剂是目前环境催化材料研究领域中极重要的课题，受到广泛的关注。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种催化VOCs的锰-铜基复合氧化物掺杂稀土元素的催化剂及其制备方法和应用。本发明公开的催化剂以高孔容的堇青石蜂窝状陶瓷材料为载体，由内而外依次包覆第一金属氧化物涂层、第二金属氧化物涂层和第三层金属氧化物涂层；所述第一金属氧化物涂层为活性三氧化二铝，所述第二金属氧化物涂层为铪-镧-铈氧化物，所述第三金属氧化物涂层为锰-铜基氧化物为解决技术问题。

本发明的技术方案为：