[发明专利]一种用于挥发性有机物氧化消除的钴锰催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于挥发性有机物催化燃烧脱除的钴锰复合氧化物催化剂及其制备方法。该催化剂首先以纳米碳球作为模板剂，通过水热的方法制备多孔MnO₂，然后在空气气氛中焙烧除去残留的纳米碳球。然后通过水热反应的方法在多孔MnO₂上生长Co(OH)₂CO₃晶体，然后负载上Cu、Ni、Ti、V、Cr、Fe、Ce、Zn、Zr、La、Mo中的一种或几种元素，通过焙烧获得钴锰复合氧化物催化剂。该催化剂可用于包括含卤素、硫有机物在内的挥发性有机物的催化燃烧脱除，具有催化性能高，反应温度低，催化寿命长的优点。

技术领域

本发明涉及催化剂设计制备领域和环境催化技术领域，具体设计用水热法制备一种钴锰催化剂技术及其在挥发性有机物消除中的应用。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)是大气污染的主要来源之一，其具有刺激性气味强、危害人类身体健康、破坏生态系统等危害。挥发性有机物主要来源于化工、制药、涂料、燃料、喷漆、胶黏剂、油墨等行业。目前消除上述行业排放尾气中挥发性有机物的主要方法有洗脱、吸附、吸收、高温焚烧、等离子体催化净化、催化燃烧的方法。其中洗脱、吸附、吸收均会产生二次废水或固体废弃物，高温焚烧耗能高，只适用于处理高浓度VOCs废气，且能耗较高，等离子体催化净化设备投资大，成本高。其中催化燃烧所需能耗低，且不会产生二次污染，是一种绿色环保技术。

催化燃烧所用的催化剂有贵金属催化剂，如Pt、Ru、Au、Pd等，非贵金属氧化物催化剂，如Co₂O₃、MnO₂、CeO₂、CuO、TiO₂和钙钛矿等。贵金属催化剂虽然性能较好，但其价格昂贵，容易中毒，不能处理含卤素、硫、CO等有机废气。非贵金属氧化物催化剂具有成本低廉、不易中毒等优点，但其催化活性较低。何丹农等(CN105817229A)制备了一种Ce元素修饰的Co₂O₃催化剂用于处理丙烷为模型气体的有机废气，90％转化率的反应温度为315℃～500℃，反应温度较高。成晓玲等(CN105854871A)发明了一种制备α-MnO₂的方法，其用于甲苯的催化燃烧，90％转化温度为196℃，体现出良好的催化性能。但其未用含卤素有机物进行测试，卤素的存在可能会导致催化剂因形貌改变而失活。刘庆岭等 (CN106378211A)发明了一种类水滑石非贵金属氧化物催化剂用于VOCs的催化脱除，其在180℃即可100％催化燃烧VOCs，但其用于消除醇、酮、酯和苯类等不含卤素和硫元素的 VOCs。根据已有催化剂的缺点，因此需要设计一种能够在较低温度高效催化燃烧一般挥发性有机物和含卤素、硫元素挥发性有机物的钴锰复合氧化物催化剂。该催化剂应具有较长的寿命和较低的成本。

发明内容

针对上述催化剂存在的问题，本发明提供了一种催化活性高、稳定性好、寿命长、反应温度低的钴锰复合氧化物催化剂及其制备方法。

该钴锰氧化物催化剂的主催化剂为通过水热法合成的Co₂O₃-MnO₂多孔复合晶体；该催化剂的组成为：

X_aO_b/αCo₃O₄-MnO₂

其中X为Cu、Ni、Ti、V、Cr、Fe、Ce、Zn、Zr、La、Mo中的一种或几种；a为X元素的原子比，为0～5，b为相应氧化物中的氧原子比；α为Co₃O₄和MnO₂的比，其为0.05～5。

该催化剂的制备方法包含如下工序：