[发明专利]一种改性钴基催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种改性钴基催化剂及其制备与应用，包括以下步骤：(1)将葡萄糖溶于乙醇/水溶液中，超声震荡后在反应釜中反应，反应结束后抽滤，并用水和无水乙醇交替洗涤，干燥，得到碳球载体；(2)将可溶性Co盐和可溶性过渡金属盐溶解于水中，得到混合溶液；(3)将碳球载体加入到混合溶液中，超声震荡，然后滴加氨水，调节pH，陈化、过滤、洗涤、干燥，得到金属氢氧化物负载碳球粉末；(4)将金属氢氧化物负载碳球粉末焙烧，即得所述改性钴基催化剂。与现有技术相比，本发明使用的原料价格低廉环保、制备条件温和，得到的催化剂在催化反应过程中催化活性高、稳定性强，可以用于催化燃烧降解挥发性有机物等多种环境催化过程中。

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及一种改性钴基催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

挥发性有机化合物(VOCs)是大气中的主要污染物，它们会与大气中的氮氧化物发生反应，产生光化学烟雾，从而危害城市空气质量和人类健康。近年来，随着我国化学工业的发展和机动车数量的增加，VOCs污染问题日益严重。催化氧化法能在相对较低的温度下高效地将VOCs完全降解为二氧化碳和水，已经成为一种最有前途的VOCs治理方法之一。

贵金属催化剂常用于VOCs催化氧化中，其具有优异的低温催化活性。然而，它们价格昂贵，容易中毒失活。过渡金属氧化物具有低成本、较高催化活性及较高的抗毒性等优点，被认为是贵金属催化剂的替代品之一。

在现有非贵金属催化剂中，钴(Co)的氧化物在低温阶段有出色的催化活性，已被广泛的用于各种催化反应中，被认为是完全氧化甲苯和丙烷等VOCs最有效的催化剂之一。

现有的Co催化剂的制备方法包括共沉淀法、溶胶凝胶法或溶剂热法，如专利CN103894200A、CN101791559A、CN105983408A均已公开上述制备方法，但这些方法制备的催化剂往往出现团聚现象，比表面积较低，且活性与稳定性较差。这是由于金属离子的掺杂和材料的形貌结构不当引起的。因此要找到一种合成简单、稳定性强的催化剂是实现VOCs催化氧化的重中之重。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种合成简单、稳定性强的改性钴基催化剂及其制备方法与应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种改性钴基催化剂，该催化剂包括碳球载体以及负载在碳球载体中的氧化钴和过渡金属氧化物，所述过渡金属氧化物包括Cu、Ce或La的氧化物且Co元素和这些过渡元素共同存在，所述氧化钴和过渡金属氧化物的摩尔比为4：(0～1)。本发明中过渡元素的存在，对Co元素的催化活性有促进作用。

一种如上所述改性钴基催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将葡萄糖溶于乙醇/水溶液中，超声震荡后在反应釜中反应，反应结束后抽滤，并用水和无水乙醇交替洗涤，干燥，得到碳球载体；

(2)将可溶性Co盐和可溶性过渡金属盐溶解于水中，得到混合溶液，其中，可溶性Co盐和可溶性过渡金属盐中Co元素和过渡金属元素的摩尔比为4：(0～1)，所述混合溶液中Co元素和过渡金属元素的总摩尔浓度为(0.1～0.15)mol/L；

(3)将步骤(1)得到的碳球载体加入到步骤(2)得到的混合溶液中，超声震荡，然后滴加氨水，调节pH至7～10，陈化，然后过滤、洗涤、干燥，得到金属氢氧化物负载碳球粉末；

(4)将步骤(3)得到的金属氢氧化物负载碳球粉末在惰性氛围中进行焙烧，即得所述改性钴基催化剂。

步骤(1)中所述的乙醇/水溶液，其乙醇和水的体积比为1：(1～89)，加入的葡萄糖质量与乙醇/水溶液的体积之比为(5～15)g：(70～90)mL，步骤(1)中所述超声震荡的时间为30～90min。