[发明专利]一种用于VOCs催化氧化的催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于VOCs催化氧化的催化剂及其制备方法。所述催化剂的活性组份包括铜和锰的复合氧化物，无需载体。其制备方法包括：(1)前驱体制备：将铜盐和锰盐溶于乙醇和乙二醇的混合溶液中得溶液A，将草酸溶于另一份乙醇和乙二醇溶液得溶液B，室温下将溶液B倒入剧烈搅拌的溶液A中，室温反应0.5‑2h，将生成的溶胶凝胶分离，于60‑120℃下干燥后得到固体；(2)热处理：将步骤(1)中所得的固体在250‑450℃下煅烧1‑3h，即得。该催化剂具有易制备、低成本、高活性等特点，能够完全降解甲苯；同时，合成周期短，生产成本低，并且在反应过程中没有NO_x等有害气体产生，具有原材料经济、操作方便、反应条件可控、可减少环境污染以及可连续工作等优点。

技术领域

本发明涉及废气处理技术领域，尤其涉及一种用于VOCs催化氧化的催化剂。

本发明还涉及上述用于VOCs催化氧化的催化剂的制备方法。

背景技术

挥发性有机物(Volatile organic compounds，VOCs)是大气的主要污染物，正严重影响和危害着人类的身体健康。相关研究证明，超过200多种VOCs存在对生物体致癌、致突变或致畸的可能性，如苯系物(苯、甲苯、二甲苯等)。因此，对大气中VOCs控制和治理是环境保护的一个关键问题。催化燃烧技术能在较低温度(150～450℃)下将VOCs进行无焰燃烧降解成CO₂和H₂O，显示出了广阔的应用前景，而经济、高效的催化剂成为研究的重点。

目前，商用的VOCs催化剂主要还是以贵金属(Pt或Pd)作为活性组分，但因价格昂贵限制其广泛应用。寻找低成本、高活性的贵金属的替代品是环保催化剂的研发趋势，而Mn基尖晶石催化剂因其高活性、低成本、环保成为近年来研究的热点。针对锰基尖晶石催化剂的研究重点是：Mn源前驱体的选择，制备工艺的改进、催化剂载体的选择及Mn基催化剂的掺杂等。相比之下，通常认为催化剂掺杂对催化活性影响较大，是提高催化剂催化活性的常用手段，而对制备方法的改进往往被忽略。

锰基尖晶石的制备方法包括沉淀法、水热法、自蔓延燃烧法等。共沉淀法在制备工艺中常使用碱性沉淀剂，会腐蚀设备，增加投资成本。水热法由于是在高温高压环境下进行，工业化放大困难。自蔓延燃烧法由于过程不易控制，且存在一定的危险性。因此，寻求一种易制备、低成本、高效、安全的尖晶石制备技术是今后制备锰基尖晶石催化剂的趋势。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种用于VOCs催化氧化的催化剂，该催化剂具有易制备、低成本、高活性等特点，能够完全降解甲苯，具有广阔的应用前景。

本发明的第二目的在于提供上述催化剂的制备方法，合成周期短，生产成本低，并且在反应过程中没有NOx等有害气体产生；具有原材料经济、操作方便、反应条件可控、可减少环境污染以及可连续工作等优点。

为实现以上目的，特采用以下技术方案：

一种用于VOCs催化氧化的催化剂，所述催化剂的活性组份包括铜和锰的复合氧化物，具有大比表面积，丰富介孔结构及丰富的Cu⁺物种的优点，更重要的是，所述催化剂无需载体。

优选地，所述催化剂的主相为Cu_1.5Mn_1.5O₄，此晶相有利于丰富的Cu⁺离子的形成。

更优选地，所述催化剂比表面积为180-250m²/g，较大的比表面积有利于活性位点的暴露，孔容为0.3-0.5cm³/g，平均孔径为6-8nm，均匀的介孔结构有利于反应物和反应中间物种的传质。

一种上述的催化剂的制备方法，包括如下步骤：