[发明专利]一种有序介孔γ-MnO2

说明书

本发明提供了一种有序介孔γ‑MnO₂催化剂及其制备方法和应用。该制备方法包括以下步骤：S1.以介孔氧化硅为模板剂，将其在锰盐溶液中浸渍后干燥，初步焙烧后，重复浸渍和干燥1～3次，最终焙烧后，用碱溶液浸泡除去模板剂，得到介孔Mn₂O₃前驱体；S2.将介孔Mn₂O₃前驱体加入到无机酸溶液中，加热搅拌，得到所述有序介孔γ‑MnO₂催化剂。本发明开发出了具有高的低温活性的γ‑MnO₂催化剂，其制备工艺简单可控，能耗低，重复性好；得到的γ‑MnO₂具有序介孔的结构，比表面积大、介孔孔径均一，对甲苯的催化燃烧具有良好的催化活性，可应用于空气中挥发性有机气体催化消除，对大气环境保护具有重要的意义。

技术领域

本发明属于无机材料制备技术领域。更具体地，涉及一种有序介孔γ-MnO₂催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

现代工业的迅速发展，导致环境污染问题愈发严重。挥发性有机气体(VOCs) 是造成大气污染的主要来源，VOCs的排放不仅产生光化学污染，也造成臭氧层破坏以及动植物中毒等严重后果。催化燃烧反应是消除VOCs的重要手段之一，因此，研发高效、价格低廉的催化剂对VOCs的净化处理有着重要意义。目前，贵金属(金、铂、钯等)用于催化燃烧VOCs具有较高的活性，但其价格昂贵，资源稀缺。过渡金属氧化物催化剂因其资源丰富，价格低廉以及良好的催化活性而广受关注和研究。

多孔材料具有比表面积大、孔结构发达等尺度效应和孔度效应。多孔二氧化锰材料因其廉价易得、热稳定性好、具有变价(+3、+4)，在催化燃烧VOCs中有着良好的性能，从而具有广阔的应用前景。二氧化锰性能的决定因素主要有形貌和尺寸。二氧化锰结构可以被分为三大类：第一类是链状或隧道状结构，包括α、β、γ型；第二类是层状或片状结构，包括δ型；第三类是三维立体结构，包括λ型(尖晶石结构)、γ型。虽然每种晶型的二氧化锰化学组成基本相同，但是由于它们的晶胞参数和晶体结构不同，即几何尺寸和几何结构不同，它们所表现出来的催化性能也存在着很大的差别。γ-MnO₂被认为是(1*1)软锰矿和(1*2) 斜方锰矿交互生长的结构，γ相已被证实其具有更多的结构缺陷(De Wolfffaults)。二氧化锰的结构决定着它的性质，不同晶型的二氧化锰具有不同的催化活性，即使是具有相同晶型的二氧化锰，也会因其晶型微结构的不同而具有不同的性质，在合成同一晶型的过程中，由于不同合成条件的影响而造成微结构的不同，也必然会造成二氧化锰催化性能的差异。

目前，介孔二氧化锰主要是采用模板法来制备的，Bai等(B.Bai et al./ AppliedCatalysis B:Environmental 164(2015)241–250)和Du等(Y.Du et al./ Microporousand Mesoporous Materials 162(2012)199–206)以介孔氧化硅为模板，加入锰盐溶液浸渍焙烧后去模板剂得到的都是介孔β-MnO₂。目前，用酸刻蚀得到有序介孔γ-MnO₂催化剂的制备方法尚未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷和不足，提供一种有序介孔γ-MnO₂催化剂的制备方法。本发明采用酸刻蚀方法，制备出具有高比表面积和丰富孔隙结构的有序介孔γ-MnO₂催化剂，制备方法简单可控，重复性好，能耗低，产物稳定。

本发明的第一个目的是提供一种有序介孔γ-MnO₂催化剂的制备方法。

本发明的另一目的是提供使用上述制备方法制备得到的有序介孔γ-MnO₂催化剂，该催化剂具有有序介孔结构，具有高比表面积，对甲苯有良好的催化性能。

本发明的再一目的在于提供上述有序介孔γ-MnO₂催化剂的应用。