一种铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂及制备方法

摘要

本发明公开一种铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂及制备方法，利用球磨的方法将不同物质的量比例的Mn

说明书

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂及制备方法。

背景技术

挥发性有机物(volatile organic compounds，VOCs)的排放是造成大气污染的重要原因之一。具有毒性和恶臭特性的甲苯(C

催化燃烧法可以通过加热升温的方式将甲苯氧化为绿色无毒的CO

目前，已有一些研究证实将锰铈铜三种元素结合制备的催化剂在甲苯的催化燃烧上具有良好的效果，但是这些催化剂的制备方法具有复杂、耗能高、安全性能低等不足。Zhou等人(Zhou et al.Environmental Science and Pollution Research,2020)通过高温水热法制备出的CeO

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂及制备方法，该方法能耗低，周期短，过程简单，对甲苯具有较高的降解率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂制备方法，包括以下步骤：

利用球磨法将Mn

进一步的，Mn

进一步的，柠檬酸和Mn

进一步的，将Mn

进一步的，干法球磨的转速为400rpm-600rpm，时间为10min-30min。

进一步的，煅烧温度为360℃-400℃，时间为4h-8h。

进一步的，Mn

进一步的，Ce

进一步的，Cu

一种根据如上所述方法制备的铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明采用球磨-煅烧法作为制备铜掺杂锰铈复合氧化物催化剂的方法，球磨法能将Mn

进一步的，本发明中球磨时间短，最少仅需10分钟，其它的混匀方法需要的时间远超过30分钟。

进一步的，干燥时间短，能耗小。本发明采用干法球磨，球磨的原材料中仅含有极微量的结合水，因此烘干温度低，时间短。相比于目前常用的加入大量溶剂的溶液法，烘干时间短得多。

进一步的，煅烧温度低，能耗小。该发明在320℃-380℃煅烧即可制备出铜掺杂锰铈复合氧化物，目前常用的煅烧温度多在500℃以上。

该发明制备出的铜掺杂锰铈复合氧化物的T

附图说明

图1为本方法所制备的铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的效率图；

图2为铜掺杂锰铈复合氧化物(Mn:Ce:Cu＝5：1：1)在260℃时催化燃烧甲苯的转化效率图；

图3为锰铈复合氧化物(Mn:Ce＝5：1)和铜掺杂锰铈复合氧化物(Mn:Ce:Cu＝5：1：1)的X射线衍射(XRD)图，其中，(a)为X射线衍射图，(b)为图(a)中局部放大图；

图4为铜掺杂锰铈复合氧化物(Mn:Ce:Cu＝5：1：1)中的元素能量色散光谱(EDS)图；其中，(a)为催化剂整体的EDS图，(b)为Cu元素的EDS图；

图5为铜掺杂锰铈复合氧化物(Mn:Ce:Cu＝5：1：1)的扫描电子显微镜(SEM)图。

具体实施方式

以下结合具体实施方案和附图对本发明作具体的介绍。

本发明提供了一种成本低、操作简单、循环性好、绿色环保的铜掺杂锰铈复合氧化物催化剂的制备方法，并赋予了催化剂良好的降解甲苯性能，具体的，该催化剂在260℃的情况下可以连续48h保持甲苯90％的去除率，具有很好的稳定性和循环性，节能环保。

本发明的铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备前驱体：向球磨机中加入一定物质的量之比的Mn

(2)烘干前驱体：将球磨所得前驱体放入30℃-80℃烘箱烘干0.5h-1h。

(3)煅烧制备铜掺杂锰铈复合氧化物：将步骤(2)中烘干的前驱体在马弗炉内360℃-400℃下煅烧4h-8h，生成的固体粉末即为铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的催化剂。

所得铜掺杂锰铈复合氧化物催化剂氧循环性能良好，降解甲苯的T

所得铜掺杂锰铈复合氧化物催化剂活化能比本方法制备的锰铈复合氧化物降低了大约30kJ/mol。

如果超出本发明中的Mn、Ce、Cu物质的量的比，制备出的纳米催化剂T

下面为具体实施例。

实施例1

合成Mn

具体步骤如下：

(1)制备前驱体：向球磨机中加入物质的量之比为5：0.2：0.5的Mn

(2)烘干前驱体：将球磨所得前驱体放入30℃烘箱烘干0.5h。

(3)煅烧铜掺杂锰铈复合氧化物：将步骤(2)中的前驱体在马弗炉内360℃下煅烧4h，生成的固体粉末即为Mn

实施例2

合成Mn

具体步骤如下：

(1)制备前驱体：向球磨机中加入物质的量之比为5：2：1.5的Mn

(2)烘干前驱体：将球磨所得前驱体放入80℃烘箱烘干1h。

(3)煅烧铜掺杂锰铈复合氧化物：将步骤(2)中的前驱体在马弗炉内400℃下煅烧8h，生成的固体粉末即为Mn

实施例3

合成Mn

具体步骤如下：

(1)制备前驱体：向球磨机中加入物质的量之比为5：0.7：1的Mn

(2)烘干前驱体：将球磨所得前驱体放入70℃烘箱烘干1h。

(3)煅烧铜掺杂锰铈复合氧化物：将步骤(2)中的前驱体在马弗炉内380℃下煅烧6h，生成的固体粉末即为Mn

实施例4

合成Mn

具体步骤如下：

(1)制备前驱体：向球磨机中加入物质的量之比为5：0.8：1的Mn

(2)烘干前驱体：将球磨所得前驱体放入70℃烘箱烘干1h。

(3)煅烧铜掺杂锰铈复合氧化物：将步骤(2)中的前驱体在马弗炉内380℃下煅烧6h，生成的固体粉末即为Mn

实施例5

合成Mn

具体步骤如下：

(1)制备前驱体：向球磨机中加入物质的量之比为5：0.9：1的Mn

(2)烘干前驱体：将球磨所得前驱体放入70℃烘箱烘干1h。

(3)煅烧铜掺杂锰铈复合氧化物：将步骤(2)中的前驱体在马弗炉内380℃下煅烧6h，生成的固体粉末即为Mn

实施例6

合成Mn

具体步骤如下：

(1)制备前驱体：向球磨机中加入物质的量之比为5：1：1的Mn

(2)烘干前驱体：将球磨所得前驱体放入70℃烘箱烘干1h。

(3)煅烧铜掺杂锰铈复合氧化物：将步骤(2)中的前驱体在马弗炉内380℃下煅烧6h，生成的固体粉末即为Mn

实施例7

合成Mn

具体步骤如下：

(1)制备前驱体：向球磨机中加入物质的量之比为6：1：1.5的Mn

(2)烘干前驱体：将球磨所得前驱体放入70℃烘箱烘干1h。

(3)煅烧铜掺杂锰铈复合氧化物：将步骤(2)中的前驱体在马弗炉内380℃下煅烧6h，生成的固体粉末即为Mn

以下为对比例。

对比例1

合成Mn

具体步骤如下：

(1)制备前驱体：向球磨机中加入物质的量之比为5：1的Mn

(2)烘干前驱体：将球磨所得前驱体放入70℃烘箱烘干1h。

(3)煅烧锰铈复合氧化物：将步骤(2)中的前驱体在马弗炉内380℃下煅烧6h，生成的固体粉末即为Mn

图1为本方法所制备的铜掺杂锰铈复合氧化物催化燃烧甲苯的效率图。降解条件为：1000ppm的甲苯，20％ O

图2为在260℃的情况下Mn

图3中(a)为Mn

图5为Mn

本发明采用的球磨-煅烧法制备铜掺杂锰铈复合氧化物催化剂，与现有的制备方法相比，本发明不需要配制溶液、反复沉淀、控制反应的pH值、超声和搅拌，操作更为简单、便捷；烘干温度更低、时间更短，减少了制备时间和能量消耗，试剂成本低，安全性能好，绿色环保；催化燃烧甲苯性能好。本发明合成的铜掺杂锰铈复合氧化物催化剂具有良好的降解甲苯性能，较高的甲苯降解速率，活化能低，氧循环能力强，稳定性高，操作简单安全，节能环保。

需要说明的是，上述实施不以任何形式限制本发明，凡采用等同或替换或等效变化的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。