[发明专利]铈钨锰钛复合金属氧化物微纳米材料及其制备方法与应用

说明书

一种铈钨锰钛复合金属氧化物微纳米材料及其制备方法与应用，该微纳米材料主要是由粒径为2‑40nm的纳米粒子组成的微米球构成，微米球粒径为0.2‑4μm；其物相是由铈、钨、锰、钛四种金属元素的复合氧化物组成，形成均匀复合的球状微纳米金属氧化物；其中，铈∶钨∶锰∶钛的投料摩尔比为(0.005‑0.06)∶(0.004‑0.06)∶(0.01‑0.12)∶1，优选为0.027∶0.02∶0.054∶1。本发明还公开了制备该微纳米材料的方法。本发明的铈钨锰钛复合金属氧化物微纳米材料可以高效处置挥发性有机污染物。

技术领域

本发明涉及复合金属氧化物材料技术领域，尤其涉及一种铈钨锰钛复合金属氧化物微纳米材料及其制备方法与应用。

背景技术

挥发性有机化合物(VOCs)是在一个标准大气压下，熔点低于室温而沸点低于50～260℃的有机化合物的总称。光化学活性较强的VOCs可以在对流层中与氮氧化物发生反应，形成光化学烟雾污染。VOCs还是臭氧和二次有机气溶胶的重要前驱体，与雾霾等空气污染问题有关。另外，一部分VOCs对人体健康也有影响，甚至有致癌风险。因此，对VOCs的控制削减具有重要意义。

目前针对VOCs的降解技术主要有：光降解法、微生物降解法和低温等离子体降解法等。然而，这些技术存在许多不足，如成本较高，去除率较低，反应周期较长等。目前，催化降解因其催化活性高、催化剂制备简单及成本较低等特点，其在VOCs的削减应用中引起了广泛的关注，尤其是金属氧化物对其的催化降解。

研究发现，在过渡金属氧化物中，氧化锰(MnOx)和氧化铈(CeOy)是VOCs催化氧化中的常用催化剂(He C.，Xu B.T.et al.，Fuel Processing Technology，2015，130：179-187)。MnOx在去除气态污染物方面不仅表现出与贵金属催化剂相当的活性，而且还是一种廉价且易于获得的催化剂(Kim S.C.and Shim W.G.，Applied Catalysis B：Environmental，2010，98(3)：180-185)。然而，就稳定性和对某种VOC的催化活性而言，MnOx仍未达到令人满意的催化性能，因此引入其他金属元素形成复合金属氧化物来提高其催化性能是较为有效的方法。根据文献，含铈的过渡金属氧化物由于其高的储氧能力，丰富的氧空位和强的氧化还原特性而对VOCs具有较好的催化氧化活性。Boningari等人报道掺杂钨可使活性晶格氧的含量提高(Boningari T.，Rajesh K.，et al.，Applied Catalysis B：Environmental，2012，127：255-264)。此外，TiO₂本身是一种稳定，无毒且低成本的材料，因此，它通常用作催化剂材料的重要载体。复合金属氧化物微纳米材料作为新型、高效的处置材料，其研究和开发为推进VOCs的控制削减提供了新的思路和方向。多种活性金属的相互作用能够有效提高材料的比表面积和活性氧物种含量，在污染物治理方面有着很大优越性。目前较为常见的是二元及三元复合金属氧化物，铈钨锰钛四元复合金属氧化物在VOCs处置中的应用尚未见报道。多元复合催化剂的制备方法能够控制其形貌，并调控各组分之间的相互作用，进而影响催化活性。虽然针对多元复合催化剂的制备方法较多，但主要集中于多种金属氧化物的无序复合。基于各金属氧化物的反应活性特征，如何调控金属氧化物的复合顺序，使各组分之间充分发挥协同作用，进而最大限度地提高催化剂的活性是目前面临的关键难题。因此，制备具有一定形貌结构和复合顺序的铈钨锰钛四元复合催化剂对VOCs进行处置具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种铈钨锰钛复合金属氧化物微纳米材料及其制备方法与应用，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。