[发明专利]氧化还原反应驱动碳酸盐沉淀法制备金属氧化物催化剂

说明书

本发明涉及氧化还原反应驱动碳酸盐沉淀法制备金属氧化物催化剂。本专利是关于一种高锰酸钾与还原剂氧化还原反应驱动第二金属盐沉淀，制备复合金属氧化物的催化剂制备方法。该方法制备的催化材料应用领域主要是挥发性有机化合物无害化处理。材料制备主要原理是：高锰酸钾与有机物还原剂（多元醇）发生反应生成二氧化锰的同时产生二氧化碳和碳酸根阴离子，碳酸根阴离子可迅速与溶液中的第二金属发生反应生成碳酸盐沉淀。该方法有利于调控复合金属氧化物的物质组成、晶体结构、金属价态以及氧化还原性能，对VOCs污染物的催化降解具有良好的性能。

技术领域

本发明属于VOCs催化燃烧催化材料技术领域，具体涉及一种复合金属氧化催化材料的制备方法和应用。

背景技术

环境空气是人类生存的必需品，一旦被污染将会对被污染区域的所有人带来严重的危害。据研究，目前对环境和人类产生危害的大气污染物约有几百种。作为大气污染物中重要的一员，VOCs是一大类有机化合物的总称，它可能是烷烃、醇、酸、酯和芳香烃等一系列化合物组成的混合物，化学性质相对活泼，容易以挥发的形式逸散到大气中形成有机气溶胶，会对人类的健康和生命产生严重影响，长期接触有致癌、致畸、致突变的可能性。此外，在紫外光的照射下，挥发性有机物会进一步发生光化学反应与大气中的固体颗粒物相互作用形成光化学烟雾，严重影响空气质量。针对VOCs污染物的治理已经引起社会大众的广泛关注。

催化燃烧法是指在较低的温度条件下，挥发性有机物分子在催化剂的作用下无焰燃烧分解为H₂O和CO₂。具有反应温度低、能耗小、无二次污染、工艺操作简单等优点对大部分VOCs都有较好的净化效果。催化剂作为促进VOCs氧化分解的媒介，是影响催化燃烧效能的关键因素。目前商用催化剂以贵金属为主，虽然具有高反应活性和相对较低的反应温度，但是由于材料成本高、易中毒、易烧结等缺点阻碍了其在VOCs污染治理中的进一步应用。因此低反应温度、高活性的非贵金属催化材料的研发具有非常重要的意义。

催化材料的形貌、结构、低温还原性、金属价态、表面氧物种、表面酸碱性以及结构缺陷等都会对材料的性质产生影响。为提高非贵金属材料的催化氧化活性，复合金属氧化物的研发受到越来越多的关注。研究结果表明第二金属的掺杂不仅可以改变材料的形貌结构，还可能导致材料表面缺陷位增加、引起材料中的晶格氧和表面氧的迁移、增加材料活性氧物种的含量，促使材料的氧化还原性质发生改变。基于此本发明旨在探索一种适用于制备复合金属氧化物材料的合成方法，进一步研发具有良好催化氧化活性的复合金属氧化物用于催化降解挥发性有机污染物。

发明内容

本发明提出了一种适用于制备复合金属氧化物催化剂的制备方法，该方法以高锰酸钾为氧化剂，多元醇为还原剂，以氧化还原反应副产物碳酸根为沉淀剂，通过氧化还原反应驱动第二金属离子共沉淀制备复合金属氧化物，材料制备化学反应方程式：

（1）10KMnO₄ + 3C₂H₆O₂ = 5K₂CO₃ + CO₂↑ +10MnO₂↓ + 9H₂O

（2）14KMnO₄ + 3C₃H₈O₃ = 7K₂CO₃ + 2CO₂↑ +14MnO₂↓ + 12H₂O

（3）18KMnO₄ + 3C₄H₁₀O₄ = 9K₂CO₃ + 3CO₂↑ +18MnO₂↓ + 15H₂O