[发明专利]一种介孔材料负载二氧化锰催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种介孔材料负载二氧化锰催化剂的制备方法，其特征在于，包括：步骤1：以低阶酚醛树脂作为碳源、TiCl₄作为钛源、F127作为模板剂，采用自组装法经碳化制备有序C‑TiO₂介孔材料；步骤2：将所述的有序C‑TiO₂介孔材料放入KMnO₄溶液中超声后，用去离子水洗涤后烘干，即得到介孔材料负载二氧化锰催化剂。本发明的有序C‑TiO₂介孔材料负载MnO₂催化剂有较高的脱硝效率。

技术领域

本发明适用于选择性催化还原(SCR)催化剂的研究领域，尤其涉及于一种有序C-TiO₂介孔材料负载MnO₂催化剂的制备方法。

背景技术

造成雾霾污染的主要因素之一是细颗粒物，它通常指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物，简称PM2.5，这些细粒子在被人体吸入呼吸道后，会使人产生呼吸道疾病，严重的还能导致癌症病发率增加。而造成雾霾的主要污染物PM2.5主要由一次污染物氮氧化物(NO_x)，硫氧化物(SO_x)，挥发性有机物(VOCs)及一次排放的细粒子经大气中的复杂气相反应生成。作为三大一次污染物之一的氮氧化物(即NO_x)，主要由一氧化氮(NO)及二氧化氮(NO₂)构成，其余氮氧化物如一氧化二氮(N₂O)虽然作为温室气体之一，也对大气有负面作用，但是毒性相对较低。NO_x的存在不仅可反应生成二次污染物导致雾霾，同时还可经过气相反应形成光化学烟雾污染及酸雨，提高大气氧化性，对建筑物及土壤产生严重酸化影响，除此之外，作为一次污染物的氮氧化物，在吸入后也将危害人体健康，破坏呼吸系统及神经系统。

钒钛复合型催化剂表面呈酸性容易结合碱性的还原剂NH₃，在350℃高温下具有较高的脱硝效率，但其催化剂产物不能自然分解，采用填埋法会造成土壤硬化、污染环境，所以在废弃催化剂的回收、处理方面存在较多困难。近年来大多采用Mn基催化剂，由于MnO_x中的锰元素具有多种价态，在催化反应的过程中能通过价态间的电子转移，提高催化剂的氧化还原能力，因此使催化剂表现出良好的脱硝活性。但单组分MnO_x的脱硝反应温度区间过高，且极易在煅烧过程中发生团聚，由于活性组分的分散度直接影响催化剂的脱硝活性，所以MnO_x的团聚会使催化剂的脱硝效率降低[Yao X J,Kong T T,Yu S H,et al.Influenceof different supports on the physicochemical properties and denitrationperformance of the supported Mn-based catalysts for NH₃–SCR at lowtemperature.Applied Surface Science,2017,402:208-217]，因此提高锰基SCR催化剂的分散度一直是脱硝催化剂的研究方向。

由于碳富含多级孔，具有较大比表面积和大容量的NO吸附能力，且绿色环保利于回收，因此作为一种非常有应用前景的新型SCR催化剂载体被广泛应用。但纯碳载体亲水性较差，直接影响盐溶液的水热或浸渍过程，具体表现在盐溶液无法进入孔结构，多级孔利用率极低，煅烧后使金属氧化物在孔外部严重堆积，因此存在缺陷。TiO₂因其热稳定性好、机械强度强、高耐硫性的特征，一直被应用于催化剂载体。且TiO₂含有大量表面羟基，具有很好的亲水性，且表面含有丰富的Lewis酸性位点，有利于吸附碱性还原剂NH₃，促使催化剂具有良好活性和选择性。但其本身比表面积较小，且因TiO₂与多数金属氧化物具有较强相互作用，易使催化剂中毒后部分催化剂组分无法再生[孟亚楠.Ag掺杂TiO₂/SBA-15催化剂的合成及光催化性能的研究.哈尔滨工业大学,2014]。

发明内容