[发明专利]一种用于低温催化燃烧的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种用于低温催化燃烧的催化剂及其制备方法和应用，由金属铈（Ce）和锰（Mn）的复合氧化物Ce_xMn_yO_z组成的固体粉末形态的催化剂；其中x=2～20，y=1～2，z=4～44；所述催化剂采用溶胶凝胶法、共沉淀法或者水热法制备。本发明的催化剂能够高效去除芳烃类挥发性有机物，低温催化燃烧活性高，溶胶凝胶法制备的锰铈复合金属氧化物催化剂对反应物具有更高的低温催化燃烧活性；反应物苯转化率为90%时，反应温度降至302℃，具有广阔的应用前景和良好的经济效益。

技术领域

本发明属于催化剂制备和环境保护技术领域，特别涉及一种用于低温催化燃烧的Ce、Mn复合金属氧化物催化剂和制备方法，以及低温催化燃烧芳烃类挥发性有机物的应用。

背景技术

近些年我国化学、船舶等行业发展较快，但在发展过程中产生了大量废气。废气中存在的挥发性有机污染物对人体和环境带来了严重的生态风险和健康风险，其中芳烃类挥发性有机物是主要有害废气之一。芳烃类挥发性有机物是挥发性有机物的一种，主要包括苯、甲苯、二甲苯等苯系物。芳烃类挥发性有机物是重要的有机合成原料和性能优良的溶剂，被广泛应用于工业生产过程中。这类化合物具有良好的化学稳定性和热稳定性，会在自然界长时间滞留，对人体和环境带来持久性的伤害。因此，芳烃类挥发性有机物的降解处理已成为环境治理和绿色化学的重要课题。

在工业上，芳烃类挥发性有机物的降解方法可以分为两类，第一类是吸附法、冷凝法等物理方法，这类方法只是将污染物从一相转移到另一相，并未使污染物得到彻底分解，由于物理法只是改变了污染物存在的状态和体系，并没有改变其化学性质，处理后容易造成二次污染，故很少单独采用。第二类方法是直接燃烧法、生物降解法、催化加氢脱氯法、光催化降解法、催化燃烧法等在内的化学方法。相比于其他化学方法，催化燃烧法具有催化活性高、操作温度低、耗能小的优点，是最可行、最经济、最可靠的方法。

目前工业上普遍采用的催化燃烧法催化剂为贵金属负载型催化剂，如Pt、Pd、Ru、Rh，对各类挥发性有机物表现出高的催化氧化活性，但贵金属催化剂具有价格高昂、活性组分流失等问题。而非贵金属氧化物催化剂对氧化反应的活性要比贵金属催化剂低，但由于其经济性和多样性，具有很高的研究潜力和工程应用前景。CeO₂与过渡金属(Mn)元素等可以形成较为稳定的固溶体结构，可以显著改善了催化剂的高温耐热稳定性。因此，研究芳烃类挥发性有机物催化燃烧活性高、稳定性好的铈基催化剂具有非常重要的价值。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于低温催化燃烧的铈(Ce)、锰(Mn)复合金属氧化物催化剂和制备方法，以及低温催化燃烧芳烃类挥发性有机化合物的应用，以解决现有技术中存在的降解VOC效果差、处理VOC成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于低温催化燃烧的催化剂，其特征在于，由金属铈(Ce)和锰(Mn)的复合氧化物Ce_xMn_yO_z组成的固体粉末形态的催化剂；其中x＝2～20，y＝1～2，z＝4～44。

优选地，所述催化剂中铈元素和锰元素的摩尔比为9:1～1:1。

本发明所述的用于低温催化燃烧的催化剂的制备方法，其特征在于，采用溶胶凝胶法、共沉淀法或者水热法制备。

更具体地，本发明所述的用于低温催化燃烧的催化剂的制备方法，其特征在于，所述溶胶凝胶法包括以下步骤：(1)将Ce前驱体的异丙醇溶液缓慢倒入Mn前驱体的异丙醇溶液中，搅拌使之形成稳定的凝胶；(2)将所述凝胶在80～120℃下干燥10～30h，得到固体；(3)将所述固体置于480～550℃下焙烧3h以上，降温后得到所述的用于低温催化燃烧的催化剂；