[发明专利]一种低温等离子体辅助制备尖晶石型催化剂的方法

说明书

本发明公开了一种低温等离子体辅助制备用于VOCs催化燃烧尖晶石型催化剂的方法，采用溶胶‑凝胶法制备催化剂前驱体：往含A位、B位元素的金属盐混合溶液中加入络合剂，形成含金属络合物的混合溶液，混合溶液搅拌蒸发得到湿凝胶，湿凝胶依次经干燥、预处理得到催化剂前驱体；将催化剂前驱体置于介质阻挡放电等离子体反应器中，在氧气或空气氛围下，对催化剂前驱体进行等离子体处理得到尖晶石型催化剂。经等离子体辅助制备的尖晶石型催化剂分散度较好，比表面积较大，具有较好的孔结构；且反应过程快速、高效，工艺简单，能耗较低。

技术领域

本发明涉及一种新型功能材料制备技术，具体涉及一种低温等离子体辅助制备用于VOCs催化燃烧的尖晶石型催化剂的方法。

背景技术

近年来，等离子体在制备催化剂材料方面得到广泛关注。等离子体本质上是一种气体放电过程，其由电子、离子、原子、分子或自由基等粒子组成。等离子的状态主要取决于粒子的组成、密度和温度，依据体系的能量状态、电子温度和粒子密度可以分为低温等离子体和高温等离子体。高温等离子体也被称作热力学平衡等离子体，其电子、离子及气体温度完全相同；介质阻挡放电是低温等离子体的一种，具有电子温度高、体相温度低的特点，在放电空间中，绝缘介质置于两个金属电极之间，介质可以阻挡贯穿气体的放电通道，形成高温高压，促进晶核的形成和生长。介质阻挡放电的优势在于可以在很高的气压和很宽的频率范围内工作，放电空间的气压可以是常压或是更高。

等离子体中存在多种高能粒子，包括：自由电子、离子、自由基、激发态的原子等活性组分，这些高能粒子有活泼的化学性质，可以促进催化剂前驱体的快速分解，避免了长时间高温环境所造成的催化剂烧结，能够实现化学反应与能量的有效利用，降低能耗，是一种低温操作下的新型绿色制备技术。

挥发性有机物(VOCs)是目前大气污染治理的重点和难点。催化燃烧技术具有净化率高、安全性高、无二次污染、对热值限制小等显著优点，是公认的最为经济有效的VOCs彻底消除方法。目前，应用于催化燃烧的催化剂有两大类：一是贵金属催化剂；二是以过渡金属复合氧化物为主的非贵金属催化剂。尖晶石型(AB₂O₄)金属氧化物由于A、B位金属离子的不确定性，使得其具有较高的结构可调性，晶格畸变的有效构筑能力，在净化VOCs方面有着优异的催化特性。在AB₂O₄中，四面体配位中心被A元素所占据，而它的八面体配位中心被B元素所占据，氧离子一般存在于多面体的各个顶点。与八面体配位的空隙相比较而言，四面体配位空隙更小，故A位通常由半径更小的金属离子占据，而占据B位的金属离子则半径更大。众所周知，催化剂的制备方法与其结构和性能密切相关，而对于尖晶石型催化剂，目前最常见的制备方法是溶胶-凝胶法。专利申请CN 110479298 A采用溶胶-凝胶法制备了尖晶石型Cu_0.6Mg_0.4Cr₂O₄催化剂，专利申请CN 108889301 A采用溶胶-凝胶法制备了尖晶石型Cu_xNi_1-xFe₂O₄(0.1≤x≤0.5)催化剂，上述专利申请需要将前驱体在高温下进行焙烧制得催化剂，使得催化剂易烧结。

发明内容

本发明的目的是针对催化剂传统制备方法的高温焙烧导致催化剂易烧结和比表面积低的问题，提供一种低温等离子体技术与溶胶凝胶化相结合的方法制备尖晶石型(AB₂O₄)催化剂，该制备方法工艺简单，制备周期短。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：