[发明专利]一种β-MnO2

说明书

本发明公开了一种β‑MnO₂纳米片催化剂及其制备方法和应用，其制备方法是先通过摩尔比为3～15:2～5的锰盐和氧化剂制得无定形氧化锰；在无定形氧化锰的基础上继续反应制得γ‑MnO₂纳米片；进一步在350～400℃煅烧制得β‑MnO₂纳米片催化剂。本发明通过无定形转化法制备β‑MnO₂纳米片催化剂，该催化剂具有二维结构形貌，具有较多的活性位，表现出更好的低温脱硝活性和更宽的温度窗口，在105℃转化率达到50％，且在150～360℃范围内转化率维持在90％以上，提高低温SCR的反应速率，可促进NO和NH₃的吸附与活化。并且本发明的制备方法工艺简单，控制方便。

技术领域

本发明涉及催化剂合成技术领域，更具体地，涉及一种β-MnO₂纳米片催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氮氧化物(NO_x，以NO为主)是一种最主要的大气污染物。选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，SCR)是消除NO_x的最有效的技术之一，该技术是在还原剂(一般为NH₃)和催化剂的作用下，将NO_x还原为N₂并产生H₂O。传统钒系催化剂在小于200℃的NO转化率普遍低于80％，不能适用于当今低温排放的工作环境。

大量研究表明，氧化锰良好的低温氧化还原能力可以提高反应速率，在低温SCR反应中表现出优异的脱硝活性，是一种具有应用前景的低温脱硝催化剂。

由于锰氧八面体的连接方式不同，导致其有多种晶型存在，如α-，β-,γ-等。李元元等报道了氧化锰催化剂的结构和催化活性的关系，采用水热法制备了四种不同晶体结构的MnO₂纳米催化剂(α-MnO₂、β-MnO₂、γ-MnO₂和δ-MnO₂),并考察了其低温NH₃-SCR活性(李元元,黄妍,唐南,闫润华,胡振宇,肖娆,付晴,赵令葵,张俊丰,杨柳春.不同晶体结构MnO₂纳米催化剂低温NH₃-SCR性能研究[J].燃料化学学报,2018,46(05):578-584.)；其中β-MnO₂催化剂在105℃转化率为60％，在150～360℃范围内转化率最高为70％。

氧化锰的制备方法会影响材料的晶型、暴露晶面、形貌、表面氧化态、活性位点分布等，进而影响催化剂活性，纯相MnO₂的活性窗口较窄、结构稳定性不高，一般在300℃以上脱硝活性会降到90％以下。其中在所有晶型中，结构稳定性较好的β-MnO₂，以一维纳米棒形貌为主，以暴露(110)晶面为主，但该暴露晶面上的活性位点较少，结晶度高，所以SCR活性测试中的表现较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有β-MnO₂催化剂在150～360℃的脱硝活性较低的缺陷和不足，提供一种β-MnO₂纳米片催化剂的制备方法，先采用无定形转化法制备出具有纳米片形貌的γ-MnO₂，经煅烧后得到的β-MnO₂纳米片催化剂具有更好的低温脱硝活性和更宽的温度窗口。

本发明的另一目的是提供一种β-MnO₂纳米片催化剂。

本发明的又一目的是提供一种β-MnO₂纳米片催化剂的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种β-MnO₂纳米片催化剂的制备方法，包括如下步骤：