[发明专利]Rb离子取代OMS-2催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Rb离子取代OMS‑2催化剂及其制备方法和应用；该催化剂包括OMS‑2载体和活性金属，所述活性金属为Rb离子，所述Rb离子负载在所述OMS‑2载体的孔道内；所述Rb离子与所述OMS‑2载体中Mn的摩尔比为0.001～0.5：1；本发明制备方法以高锰酸钾为氧化剂，硝酸锰还原剂，在体系中引入一定浓度含Rb盐溶液，采用温和的一步水热合成法，合成了Rb离子取代OMS‑2催化剂(Rb‑OMS‑2)。通过Rb离子取代OMS‑2分子筛孔道中的K⁺这一策略，OMS‑2催化剂中晶格氧活性得到有效提升，从而大幅度提升催化净化VOCs活性。本催化剂在220～240℃下，苯催化净化效率超过90％。

技术领域

本发明涉及催化剂技术，具体地指一种Rb离子取代OMS-2催 化剂及其制备方法和应用。

背景技术

挥发性有机物(volatile organic compounds，VOCs)是常见的大 气污染物之一，其主要来源于石油化工生产的副产物、油漆涂料、电 子化工等行业，不仅对人体有明显的毒性效应(如刺激性、致畸、致 癌、致突变作用等)，而且还具有多重环境效应(如光化学烟雾、破 坏臭氧层、二次有机气溶胶等)。在过去几十年中，热催化氧化技术 由于具有处理VOCs废气效率高、没有二次污染以及不存在吸附饱和 等优点，受到重视。但是，目前使用较广泛的催化剂主要为负载贵金 属(如Pt、Pd)等的催化剂，由于Pt和Pd等贵金属在地壳中的丰度 仅仅只有3ppb和0.6ppb，资源较为紧缺，经济成本高，极大地限制 了其在工业VOCs治理中的广泛应用。因此开发廉价易得、高活性且 能够代替贵金属使用的催化剂，不仅能够产生巨大的经济效益，而且 将为我国大气污染控制技术的发展起到积极的推动作用。

隐钾锰矿(KMn₈O₁₆，OMS-2)是由MnO₆八面体以链状形式连 接形成2×2孔道分子筛结构的锰氧化物，由于其具有价格低廉、环境 友好、独特的物理化学性能如：孔结构、混合价态(3⁺，4⁺)、容易释 放晶格氧等，被认为是最有希望代替贵金属用于VOCs的催化净化的材料之一，受到人们广泛关注。但未经修饰的OMS-2的低温催化活 性一般都很低，现有通过金属取代修饰OMS-2物理化学性能的手段 在一定程度上提高了OMS-2的低温催化活性，但提升幅度仍然非常 有限。因此，如何进一步大幅度提升金属取代OMS-2的催化活性， 将是实现替代贵金属催化剂应用于VOCs治理的关键。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种Rb离子取代OMS-2催化剂及其 制备方法和应用，本发明催化剂价格低廉、催化净化VOCs效率高、 制备工艺简单。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种Rb离子取代 OMS-2催化剂，包括OMS-2载体和活性金属，所述活性金属为Rb 离子，所述Rb离子负载在所述OMS-2载体的孔道内；所述Rb离子 与所述OMS-2载体中Mn的摩尔比为0.001～0.5：1。

进一步地，所述Rb离子负载在所述OMS-2载体的2×2分子筛 孔道内。

上述Rb离子取代OMS-2催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)称取高锰酸钾溶于水中，配制浓度为0.0002～0.001mmol/mL 的高锰酸钾溶液；

2)往步骤1)所述高锰酸钾溶液中依次加入Rb盐和酸，Rb盐 按Rb离子与高锰酸钾0.001～0.1：0.02～0.1的摩尔比例加入，酸按与 所述高锰酸钾溶液体积比为0.5～2.5：100的比例加入，混匀；

3)往步骤2)所得溶液中加入硝酸锰，硝酸锰按与高锰酸钾 0.01～0.05：0.02～0.1的摩尔比例加入，混匀，然后在60～90℃温度及 密闭条件下反应12～24h；

4)将步骤3)反应后的沉淀洗涤烘干后即可得所述Rb离子取代 OMS-2催化剂。