[发明专利]一种粉煤灰地聚物/CuMn复合材料及应用

说明书

本发明公开了一种粉煤灰地聚物/CuMn复合材料及应用。所述粉煤灰地聚物/CuMn复合材料以球形多孔粉煤灰地聚物为载体，以含有铜和锰的溶液为前驱液，通过水热反应制备而成。所述应用为将所述的粉煤灰地聚物/CuMn复合材料作为催化剂催化去除甲苯。本发明能够催化去除VOCs并且催化性能好、成本低，实现了固废物资源化利用。

技术领域

本发明涉及环境治理技术领域，具体涉及一种粉煤灰地聚物/CuMn复合材料及应用。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)主要源于工业过程和汽车尾气排放，不仅具有恶臭、诱变和致癌性质，还能通过光化学反应生成有毒的光化学氧化剂和悬浮颗粒物。在VOCs中，芳香族碳氢化合物，如苯、甲苯和二甲苯(AHCs)约占城区总VOC的25％。

催化氧化法由于其很高的破坏效率而被认为是处理挥发性有机物最有前景的技术之一。催化氧化技术的关键在于材料，很多贵金属如Pt和Pd及其氧化物有相当高的催化活性，但容易失活且成本昂贵，而氧化铜便宜且催化活性可以通过合成的晶体结构、形貌和表面性质进行优化，被认为是最有前景的过渡金属氧化物材料。但是，现有的氧化铜作为催化剂存在单一组分催化能力不及贵金属催化剂，同时传统制备技术又因为分散度不高、颗粒堆积严重、粒径分布广限制了其催化性能的提升。

因此，需要开发复合组分的过渡金属氧化物催化剂以解决以上问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有的处理挥发性有机物的贵金属催化剂成本昂贵、容易失活而氧化铜催化剂存在单一组分催化能力差的问题，提供一种粉煤灰地聚物/CuMn复合材料及应用，能够催化去除VOCs中的甲苯并且催化性能好、成本低，实现了固废物资源化利用。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种粉煤灰地聚物/CuMn复合材料，所述复合材料以球形多孔粉煤灰地聚物为载体，以含有铜和锰离子的溶液为前驱液，通过水热反应制备而成。

作为优选，所述多孔粉煤灰地聚物与前驱液的质量比为(7～8)：10。

进一步，所述球形多孔粉煤灰地聚物的制备方法包括以下步骤，

取粉煤灰、液体硅酸钠、氢氧化钠、蒸馏水和发泡剂，调节模数M＝1.4后，混合搅拌均匀形成浆料；其中，所述液体硅酸钠的主要成分为二氧化硅(SiO₂)和氧化钠(Na₂O)，所述模数为二氧化硅和氧化钠的比值；通过加入氢氧化钠与液体硅酸钠反应生成氧化钠调节液体硅酸钠模数，以获得模数M＝1.4的液体硅酸钠和氢氧化钠组成的地聚物聚合所需的碱性激发剂。

在水浴75℃硅油氛围条件下，用注射器向硅油中滴加浆料，使其成为形状大致均一的小球，然后固化1h；

将小球用无水乙醇洗涤后，移至马弗炉中，在300℃下焙烧1h；再用去离子水浸泡洗涤，制得所述球形多孔粉煤灰地聚物。

进一步，将硝酸铜和硝酸锰溶液混合，再加入均苯三甲酸液中搅拌均匀，即制得所述前驱液；其中，所述均苯三甲酸、铜离子和锰离子的摩尔比为(4～5):(3.8～5.1):(1.0～3)。

进一步，所述水热反应为，

将球形多孔粉煤灰地聚物加入所述前驱液中，置于烘箱中100-120℃条件下反应8-12h；

反应结束后取出球形多孔粉煤灰地聚物，分别用蒸馏水和无水醇抽滤洗涤三遍，然后置于80-100℃烘箱中烘干10-12h；

干燥完成后，将所得球形多孔粉煤灰地聚物在马弗炉中400-500℃下焙烧1-1.5h，即得所述粉煤灰地聚物/CuMn复合材料。