消除空氣中苯系揮發(fā)性有機(jī)物的CoMn復(fù)合氧化物催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種苯系揮發(fā)性有機(jī)物催化燃燒催化劑，具體設(shè)及一種消除空氣中苯 系揮發(fā)性有機(jī)物的CoMn復(fù)合氧化物催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在人類生存環(huán)境日益惡化的今天，環(huán)境污染受到了高度重視，大氣環(huán)境作為人類 重要的生存環(huán)境之一，其污染狀況同樣受到高度重視。揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile化ganic Compounds, VOCs)是大氣污染的重要組成部分，VOCs種類繁多，成分復(fù)雜，對人體健康和環(huán) 境有極大的危害，運(yùn)些VOCs中苯系揮發(fā)性有機(jī)物（如，苯、甲苯、二甲苯等）的危害更為突 出。苯系揮發(fā)性有機(jī)物主要來源于石油化工工業(yè)廢氣，是鋼鐵制造、半導(dǎo)體元器件生產(chǎn)、石 油化工、制藥、印刷、制鞋、噴漆等行業(yè)最常見的排放污染物。由于苯系揮發(fā)性有機(jī)物具有易 揮發(fā)的特點(diǎn)，室內(nèi)裝飾材料多用甲苯、二甲苯代替純苯作為各種膠、油漆、涂料等材料的溶 劑或稀釋劑，因此，室內(nèi)裝修也是重要的苯系污染物來源。苯系揮發(fā)性有機(jī)物對人體有致突 變、致崎和致癌的致"危害，已引起了世界各國的高度重視，國際衛(wèi)生組織已經(jīng)把苯系揮 發(fā)性有機(jī)物確定為強(qiáng)烈致癌物質(zhì)。世界許多國家制定了苯系揮發(fā)性有機(jī)物的大氣質(zhì)量標(biāo) 準(zhǔn)，如歐盟從2000年12月1日開始執(zhí)行大氣中苯的年均濃度限值為5 yg/m3,到2006年1 月1日起為1 yg/m3。世界衛(wèi)生組織（WHO)規(guī)定大氣中甲苯日平均接觸濃度限值為8. 21 yg/ m3。苯系揮發(fā)性有機(jī)物還與大氣光化學(xué)煙霧、氣溶膠的形成有著密切聯(lián)系，能夠生成毒性更 大的光化學(xué)煙霧。
[0003] 對于苯系揮發(fā)性有機(jī)物的處理方法通常可分為兩大類：一類是非破壞性技術(shù)即 回收法；一類是破壞性技術(shù)，即通過化學(xué)或生物的技術(shù)使苯系揮發(fā)性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧 化碳、水W及氯化氨等無毒或毒性小的無機(jī)物，此類方法包括直接燃燒、催化燃燒、生物降 解、等離子體氧化、光催化氧化法等常見技術(shù)。其中，催化燃燒可W在遠(yuǎn)低于直接燃燒溫度 (巧oo°c)條件下處理低濃度的苯系揮發(fā)性有機(jī)物氣體，具有凈化效率高、無二次污染、能 耗低的特點(diǎn)，是處理苯系揮發(fā)性有機(jī)物應(yīng)用最有效的處理方法之一。國內(nèi)外研究者對催化 燃燒催化劑進(jìn)行了大量相關(guān)研究，且大氣中苯系揮發(fā)性有機(jī)物的凈化處理技術(shù)已成為環(huán)境 催化領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，而相關(guān)研究的核屯、問題仍是催化材料的設(shè)計(jì)和開發(fā)的問題。目 前，所用的苯系揮發(fā)性有機(jī)物催化燃燒催化劑主要有貴金屬催化劑，包括含Pt、PtRu和Au 等，由于其活性高、選擇性好、使用壽命長，并且還具有良好的抗毒性能等優(yōu)點(diǎn)，引起了研究 者的極大興趣。貴金屬催化劑雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于其價(jià)格昂貴而限制了貴金屬催化 劑在苯系揮發(fā)性有機(jī)物消除中的應(yīng)用。因此，近年來價(jià)格低廉的過渡金屬氧化物催化劑引 起了人們的廣泛興趣。對于過渡金屬氧化物催化劑的研究發(fā)現(xiàn)，混合氧化物催化劑表現(xiàn)出 優(yōu)越的催化活性和穩(wěn)定性，甚至可W達(dá)到貴金屬催化劑的催化效果，而價(jià)格上又存在很大 的優(yōu)勢，并且容易得到，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004] 過渡金屬氧化物作為一類重要的功能材料受到各領(lǐng)域廣泛關(guān)注，在催化領(lǐng)域，將 復(fù)合氧化物材料用作催化劑，比單組分催化劑具有更高的催化性能。但常規(guī)方法制得的金 屬氧化物存在活性組分含量低、結(jié)構(gòu)致密等缺陷，運(yùn)大幅度限制了其催化性能的發(fā)揮。因 此，采用合適的方法制得具有高活性催化劑，也是科研工作者們的研究工作重屯、之一。開展 復(fù)合氧化物催化劑制備與苯系揮發(fā)性有機(jī)物催化消除性能的研究，不僅對氧化物的制備和 應(yīng)用具有重要的應(yīng)用價(jià)值和科學(xué)意義，對苯系揮發(fā)性有機(jī)物的催化消除和大氣環(huán)境保護(hù)也 具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽0化]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種消除空氣中苯系揮發(fā)性有機(jī)物的CoMn復(fù) 合氧化物催化劑，該催化劑成本低廉且具有良好的低溫苯系揮發(fā)性有機(jī)物催化燃燒活性； 本發(fā)明還提供了上述催化劑的制備方法。
[0006] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
[0007] 消除空氣中苯系揮發(fā)性有機(jī)物的CoMn復(fù)合氧化物催化劑，所述催化劑的活性組 分為CoMn尖晶石氧化物。
[0008] 上述催化劑的制備方法，包括W下步驟：
[0009] 1)按絡(luò)合劑：鉆鹽、儘鹽之和=1~1. 8 :1的摩爾比例，將S者配制成溶液，然后 蒸干獲得干料；
[0010] 2)將步驟1)獲得的干料進(jìn)行賠燒，賠燒條件為W 10°C /min的升溫速率升溫至 300~450°C，然后在300~450°C下恒溫賠燒2. 0~4.化即得。
[0011] 優(yōu)選的，所述步驟1)中所述絡(luò)合劑為巧樣酸。
[0012] 優(yōu)選的，所述步驟1)中所述鉆鹽與儘鹽之間的摩爾比為2~6:1。
[0013] 更優(yōu)選的，所述步驟1)中所述鉆鹽與儘鹽之間的摩爾比為4:1。
[0014] 更優(yōu)選的，所述步驟1)中按摩爾比計(jì)，所述絡(luò)合劑：鉆鹽、儘鹽之和=1. 5 :1。
[0015] 優(yōu)選的，所述步驟1)中所述鉆鹽為硝酸鉆，所述儘鹽為硝酸儘。
[0016] 優(yōu)選的，所述步驟1)中所述蒸干條件為80°C蒸干后于80~100°C下繼續(xù)干燥 12~2地。
[0017] 優(yōu)選的，所述步驟2)中賠燒條件為350°C下賠燒化。
[0018] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0019] 1) W非貴金屬Co和Mn形成的尖晶石復(fù)合氧化物為活性組分，大幅度降低了催化 劑成本；
[0020] 2)本發(fā)明的CoMn復(fù)合氧化物催化劑的尖晶石物相（MnC〇2〇4)，為苯系揮發(fā)性有機(jī) 物反應(yīng)物分子的催化燃燒反應(yīng)提供了活性物種，因此，本發(fā)明的CoMn復(fù)合氧化物催化劑在 高的反應(yīng)空速化6, OOOmL ? h 1 ? g 1)、低的反應(yīng)溫度（<180°C )下表現(xiàn)出良好的苯系揮發(fā)性 有機(jī)物催化燃燒活性，具有良好的低溫苯系揮發(fā)性有機(jī)物催化燃燒活性；
[0021] 3)本發(fā)明將Co和Mn鹽通過絡(luò)合法制得W尖晶石為主要活性組分的CoMn復(fù)合氧 化物催化劑，該方法工藝簡單，條件溫和易控，重復(fù)性好。
【附圖說明】
[0022] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖：
[0023] 圖1不同賠燒溫度下制得的CoMn復(fù)合氧化物催化劑邸D譜圖；
[0024] 圖2不同賠燒溫度下&程序升溫還原曲線； 陽0巧]圖3不同CA/ (Co+Mn)摩爾比制得的CoMn復(fù)合氧化物催化劑邸D譜圖； 陽0%]圖4不同Co/Mn摩爾比制得的CoMn復(fù)合氧化物催化劑邸D譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方 法，通常按照常規(guī)條件或按照制造廠商所建議的條件。
[0028] 消除空氣中苯系揮發(fā)性有機(jī)物的CoMn復(fù)合氧化物催化劑，所述催化劑的活性組 分為CoMn尖晶石氧化物，所述催化劑的制備方法包括W下步驟：
[0029] (1)按巧樣酸：（硝酸鉆與硝酸儘之和）=1~1. 8 :1的摩爾比例，將S者配制成 溶液，將溶液在80°C蒸干后于80~100°C下繼續(xù)干燥12~24h獲得干料；硝酸鉆與硝酸儘 之間的摩爾比為2~6:1;
[0030] (2)將步驟1)獲得的干料進(jìn)行賠燒，賠燒條件為W 10°C /min的升溫速率升溫至 300~450°C，然后在300~450°C下恒溫賠燒2. 0~4.化即得。
[0031] 實(shí)施例1賠燒溫度對催化劑性能的影響
[0032] 按硝酸鉆與硝酸儘之間的摩爾比（Co/Mn)為4:1，巧樣酸：(Co+Mn)的摩爾比（CA/ M，M=Co+Mn)為1.5:1，賠燒溫度為300、350、400、450°(：，賠燒時(shí)間311，制備(：〇]化復(fù)合氧 化物催化劑，將催化劑用于甲苯催化燃燒，進(jìn)行催化劑的活性評價(jià)；催化劑的活性評價(jià)在常 壓下于內(nèi)徑為8mm的微型管式固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，熱電偶內(nèi)置于反應(yīng)器中，反應(yīng)溫度由 UGU-708P型程序升溫控制儀控制，微型反應(yīng)器置于管式爐