一种氮化碳改性铜负载铈锆固溶体催化剂的制备及其在催化氧化甲苯中的应用

摘要

本发明公开了一种氮化碳改性铜负载铈锆固溶体催化剂的制备及其在催化氧化甲苯中的应用，制备方法为将氧氯化锆、硝酸铈和硝酸铜前驱体在搅拌下均匀地混合在去离子水中，加入柠檬酸和氮化碳，继续搅拌并于80℃水浴直至溶液成为凝胶，120℃烘干，400～700℃煅烧2～6h，得到氮化碳改性的铜负载铈锆固溶体。本发明的铜负载铈锆固溶体催化剂能有效地提高甲苯和氧气在催化剂表面的吸附与活化，表现出良好的催化氧化甲苯能力和抗水性能。

说明书

技术领域

本发明属于环境催化净化技术领域，涉及一种氮化碳改性催化剂，尤其涉及一种氮化碳改性铜负载铈锆固溶体催化剂的制备及其在催化氧化甲苯中的应用。

背景技术

近年来，随着现代工业的发展，环境污染日益严重。挥发性有机化合物的(Volatile Organic Compounds，VOCs)作为广泛应用在化工领域的有机物，是二次气溶胶和光化学烟雾的主要前驱体。苯系物如甲苯等作为一类典型的挥发性有机污染物在装饰材料和涂料油漆等化学品制造业中广泛应用，这一类物质会刺激黏膜和皮肤，对人类健康和环境造成非常严重的影响。因此研究开发有效去除空气中甲苯的方法和工艺具有重要意义。

在过去的几十年，各种方法被用来消除VOCs，例如吸附法、低温等离子体降解、光催化法和催化氧化法。催化氧化法由于可将VOCs变成无害的产物而得到广泛的应用，催化氧化法去除VOCs是一种有效、经济和容易操作的方法。在催化氧化法中，催化剂设计与制备是其关键技术之一。

氧化铈由于其低廉的价格和较好的催化活性使其在催化反应中得到广泛的应用，CuO-CeO

铈锆固溶体(Ce

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种用于甲苯催化氧化的Cu/Ce

为实现上述目的，本发明提供一种氮化碳改性铜负载铈锆固溶体催化剂的制备方法，具有这样的特征：将氧氯化锆、硝酸铈和硝酸铜前驱体在搅拌下均匀地混合在去离子水中，加入柠檬酸(作为络合剂)和氮化碳，继续搅拌并于80℃水浴直至溶液成为凝胶，120℃烘干，400～700℃煅烧2～6h，得到氮化碳改性的铜负载铈锆固溶体。

进一步，本发明提供一种氮化碳改性铜负载铈锆固溶体催化剂的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述氧氯化锆和硝酸铈中，锆与锆和铈的摩尔比为0.05～0.2。

进一步，本发明提供一种氮化碳改性铜负载铈锆固溶体催化剂的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述氧氯化锆、硝酸铈和硝酸铜中，铜与锆和铈的摩尔比为0.05～0.2。

进一步，本发明提供一种氮化碳改性铜负载铈锆固溶体催化剂的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述柠檬酸和金属离子(氧氯化锆、硝酸铈和硝酸铜中的金属离子，即锆、铈和铜)的摩尔比为1:1。

进一步，本发明提供一种氮化碳改性铜负载铈锆固溶体催化剂的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述氮化碳与金属离子的摩尔比为0.1、0.2或0.3。

本发明还保护上述制备方法制得的氮化碳改性铜负载铈锆固溶体催化剂以及其在甲苯催化氧化中的应用。

本发明的有益效果在于：

一、本发明通过改性的溶胶凝胶法，制备出铜负载的铈锆固溶体氧空位含量高，在催化氧化甲苯中增强了氧气的吸附与活化，同时促进了甲苯在催化剂表面的吸附，表现出良好的低温催化氧化甲苯的能力；

二、所制得的催化剂表现出较好的催化稳定性和抗水能力；

三、本发明选择氮化碳改性的溶胶凝胶法制备的催化剂是典型的介孔材料，制备方法简单，制备条件比较温和且可以大规模制备。

附图说明

图1为各实施例催化剂的催化氧化效率对比图；

图2为实施例4制备的铜负载铈锆固溶体催化剂的稳定性图；

图3为实施例4制备的铜负载铈锆固溶体催化剂的抗水性能图；

图4为实施例3和4制备的铜负载铈锆固溶体催化剂的XRD图；

图5为实施例3和4制备的铜负载铈锆固溶体催化剂的孔径分布图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

氮化碳(C

实施例2

Ce

实施例3

Cu/Ce

实施例4

氮化碳改性的Cu/Ce

实施例5

将实施例1-4制备的催化剂进行催化性能测试，并进行XRD和BET分析。

催化剂测试条件为：活性测量在固定床石英反应器中使用40～80目的0.3g催化剂进行，石英管内径为5mm。进料气体有1000ppm甲苯，20％O

甲苯转化率(％)＝([甲苯]

催化剂的催化性能如图1、2和3所示，从图1可知，氮化碳的改性有效的提高了Cu/Ce