[发明专利]一种过渡金属原位掺杂的锰基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂技术领域，更具体地，涉及一种过渡金属原位掺杂的锰基催化剂及其制备方法和应用。本发明制备方法包括：(1)将高锰酸钾及过渡金属硝酸盐溶于水以获得高锰酸钾盐溶液；(2)向高锰酸钾盐溶液中加入醇，发生氧化还原反应，得反应液；(3)将反应液过滤，取沉淀洗涤干燥后，即可获得催化剂。本发明使用高锰酸钾为原料，过渡金属硝酸盐为掺杂剂，水作为溶剂，水溶性醇作为还原剂，反应条件温和，且无需额外制备多孔载体，反应效率高，成本低，具有较高的催化活性，可以有效降低VOCs转化所需的温度，VOCs转化率达到90％以上。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，更具体地，涉及一种过渡金属原位掺杂的锰基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

挥发性有机物(Volatile organic compounds,VOCs)是一类组成复杂的有机化合物的总称，已经成为空气中污染物的主要来源之一，有致畸、致癌、致突变作用，对大气环境、动植物生长及人体健康危害巨大。催化燃烧由于其净化效率高、能耗低等优点被广泛应用于VOCs治理工程。催化燃烧过程中，催化剂是整个催化燃烧装置的核心材料。目前的催化剂材料为负载贵金属的催化剂，但是贵金属仍存在价格昂贵、易中毒等问题。

CN111282565A公开了一种MnCeO_x催化剂的制备方法：将SiO₂纳米球分散到去离子水中，然后分别加入高锰酸钾和硝酸铈，经搅拌、超声后，于高压釜中进行水热反应，反应结束后，经离心，取下层沉淀，洗涤，制得样品；将样品于氢氧化钠溶液中放置，然后经离心，取下层沉淀，洗涤至中性，干燥后，于马弗炉中焙烧，制得MnCeO_x催化剂。该技术方案制备的MnCeO_x催化剂在废气中催化氧化脱除VOCs气体具有良好的催化性能，在较低温度范围内就可实现VOCs气体的高效催化脱除，然而制备过程需要高温反应条件，还需要额外引入多孔载体，成本较高。

CN110404530A公开了一种多孔纳米氧化锰催化剂，具体公开了将锰盐与氨基酸混合溶解于溶剂中，然后升温使之达到氨基酸的燃点并发生燃烧反应，反应完成后对产物进行洗涤，固液分离后得到所述多孔纳米氧化锰催化剂。该技术方案制备得到的三氧化二锰应用于挥发性有机物的催化燃烧时，具有较高的比表面积、均匀的孔径分布，催化活性高，稳定强，具有优异的抗水性等优点，然而该技术方案虽然没有引入多孔载体，但还是引入了高温反应条件。

综上所述，现有技术缺乏一种反应条件温和易达成，且无需额外制备多孔载体的锰基催化剂。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷，本发明提供了反应条件温和的用于VOCs催化燃烧的催化剂制备方法，旨在提供一种反应活性高、成本低的VOCs催化燃烧用的催化剂。本发明的详细技术方案如下所述。

一种过渡金属原位掺杂的锰基催化剂的制备方法，

(1)将高锰酸钾及过渡金属硝酸盐溶于水以获得高锰酸钾盐溶液；

(2)向高锰酸钾盐溶液中加入醇，发生氧化还原反应，得反应液；

(3)将反应液过滤，取沉淀洗涤干燥后，即可获得催化剂。

作为优选，所述醇为水溶性醇，所述醇的碳链长度为1-5，所述醇与所述高锰酸钾的摩尔比不小于5:1。

作为优选，所述醇与所述高锰酸钾的摩尔比为(5-10)：1。

作为优选，所述高锰酸钾在反应体系中的摩尔浓度为0.01-0.1mol/L，优选的，所述高锰酸钾的摩尔浓度0.01-0.015mol/L。

作为优选，所述硝酸盐与所述高锰酸钾的摩尔比为(1-10)：(80-100)。

作为优选，所述步骤(2)中反应是在搅拌的情况下进行，所述搅拌的时间为2-10h。