[发明专利]锰基催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种新型锰(Mn)基催化剂及其制备方法。本发明提供一种锰基催化剂，其由式(γ)MnO₂/(1‑γ)AMn₂O₅表示，其中，0γ≤1，A为选自Y、La、Sm、Sr、Ce、Ba、Ca、Gd、Nd、Pr中的一种或多种。所述AMn₂O₅具有莫来石结构，所述锰基催化剂的平均孔径为10～50nm。本发明还提供一种制备锰基催化剂的方法，其包括以下酸刻蚀步骤：将AMn₂O₅莫来石前驱体在酸溶液中在18℃至100℃的温度下进行刻蚀，从而得到由式(γ)MnO₂/(1‑γ)AMn₂O₅表示的锰基催化剂。本发明催化剂不仅能够提高莫来石前驱体的比表面积，还能够暴露出更多具有催化活性的Mn活性位，使VOCs和NO催化能力得到极大提升。

技术领域

本发明属于大气污染治理技术和环保催化材料技术领域，特别涉及一种用于VOCs和NO协同催化净化或单独净化的新型锰(Mn)基催化剂及其制备方法。

背景技术

挥发性有机物(volatile organic compounds，VOCs)是在特定条件下具有挥发性或20℃时蒸气压大于或者等于0.01kPa的所有有机化合物的总称。其常温下蒸发速率大、易挥发，是造成大气光化学烟雾和雾霾的重要前体物。它们主要来自于石油化工、喷涂、包装印刷、医药，精细化工等行业生产过程中排放的废气，对自然环境和人体健康危害严重。面对日益严重的环境污染形势，我国政府对VOCs的排放限制越来越严格。2013年9月发布的《大气污染防治行动计划》指出，要推进挥发性有机物污染治理，在石油化工、有机化工、包装印刷等行业实施挥发性有机物综合整治。2016年1月开始实施的新《大气污染防治法》，首次将VOCs纳入监管范围。综上所述，VOCs将成为在大气污染治理行业关注的焦点。

目前众多VOCs治理技术中，催化燃烧技术具有适用范围广、起燃温度低、能耗低、效率高、无二次污染等优点，已成为处理VOCs的主流技术和发展方向。它借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度下进行完全燃烧，并放出大量热量实现反应的自供热。而高效催化剂又是该技术的核心。在 VOCs催化剂体系中，贵金属催化剂因催化活性高、起燃温度低等特点，已在VOCs处理工艺中得到广泛应用。但由于贵金属资源短缺而且价格偏高，近年来研究的热点主要围绕过渡态金属氧化物展开，其中锰基氧化物表现出良好的催化活性。

另外，钢铁烧结、垃圾焚烧等行业烟气和机动车尾气的排放对我国空气质量环境造成严重危害。针对钢铁烧结、垃圾焚烧等行业烟气和机动车尾气，其排放气体中含有大量污染物如颗粒物、SO₂、NOx和VOCs等酸性气体。如钢铁行业，2012年环保部发布《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》 (GB28662-2012)，烧结机设备生产的主要污染物分别执行颗粒物50mg/m³、 SO₂ 200mg/m³、NO_x 300mg/m³，CO 5000mg/m³的限制标准。其中，CO是一种广泛存在于钢铁烧结、垃圾焚烧烟气和汽车尾气中的还原气体。大气中的NO_x、硫氧化物和VOCs之间的相互作用导致大气中一次颗粒物转变成二次颗粒物污染物，进而导致雾霾天气。因此，控制VOCs和NO的排放对于改善我国空气质量具有重要意义。迫切需要开发一种能够同时高效脱除VOCs和 NO的催化剂，将VOCs和NO转化为无毒化合物，将是一种具有良好应用前景的新技术。

锰基莫来石催化剂(AMn₂O₅)具有优异的氧化性能和极高的热稳定性，是一种对VOCs和NO有高催化活性的材料，因此近年来引起了大家的广泛关注。例如，引用文献1公开了通过水热合成法来制备莫来石型锰基氧化物催化剂。为了提高催化剂活性，对改性锰基莫来石以及锰基莫来石复合物的研究也越来越多。例如，引用文献2公开了Ag改性的锰基莫来石，引用文献3 公开了一种锰基莫来石/氮掺杂石墨烯复合氧电催化剂。