[发明专利]一种分子筛负载型复合金属氧化物催化剂的制备及其应用

说明书

本发明属于环境催化及其制备技术领域，具体涉及一种分子筛负载型锰钴铈复合金属氧化物催化剂的制备及其在室内甲醛污染物常温催化氧化的应用。本催化剂的主要组分为分子筛、锰、钴和铈，锰、钴、铈的摩尔比为0.60:(0.35‑0.20):(0.05‑0.20)，能够在甲醛浓度0.3mg/m³、空速为30000mL/(g h)、25℃条件下实现低浓度甲醛的催化氧化分解。该发明使用HZSM‑5分子筛作为载体材料，再经过混合盐溶液的沉积沉淀和高温焙烧，最终在分子筛上形成锰钴铈复合氧化物活性组分。分子筛载体中丰富的孔道结构能够提高对室内甲醛污染物的吸附效率，有利于其在催化剂体相中的内部扩散；以经过金属组分调控和优化的复合金属氧化物作为催化活性位点，能够实现甲醛分子的常温、高效催化转化；通过分子筛和金属氧化物间的吸附‑催化协同作用可以显著提高催化剂的甲醛净化效率。本催化剂是一种新型廉价高效的室内环保催化净化材料。

技术领域

本发明属于催化材料制备领域，具体涉及一种可在室温下催化氧化净化甲醛污染物的分子筛负载型锰钴铈复合金属氧化物催化剂及其制备方法。

背景技术

甲醛是一种有着强烈刺激性气味的有毒有害气体，属于一种挥发性有机物(VOCs)。作为一种典型的室内污染物气体，甲醛对人体有着严重的危害；空气中有较高浓度甲醛时，可能会迅速出现严重的呼吸道刺激、水肿以及过敏等症状；即使是存在低浓度的甲醛，长期接触也会造成过敏、致畸乃至致癌等情况。催化氧化法被认为是处理室内挥发性有机污染物最有效和最经济的技术之一，目前使用这一方法且已实现商品化的催化剂大多为负载型贵金属(如Pt)。尽管该类催化剂可以在较低温度下催化氧化降解甲醛，但贵金属成本高昂、热稳定性差、易发生烧结和中毒，在实际应用中还存在着诸多限制。相比于贵金属，复合金属氧化物价格低廉、热稳定性好、不易中毒，已在催化氧化领域取得了广泛关注。复合金属氧化物的催化性能通常与其组成金属的组分和价态、非化学计量氧数量、低温还原性强弱、比表面积大小和孔道结构等因素有关。近年来，通过对复合金属氧化物的元素组成和元素比例进行调控，利用不同金属之间的相互作用以提高其催化氧化活性，一直是催化氧化领域的研究热点。而分子筛材料具有形貌尺寸稳定、比表面积较大、内部孔道结构丰富等特点，从而有助于促进气相分子的吸附，加快气相分子在催化剂内部的扩散，促进催化氧化反应的进行。这些优点使分子筛负载型复合金属氧化物催化剂在室内甲醛污染物净化领域表现出广阔的应用前景。

发明内容

本发明提供了一种简单有效制备分子筛负载型锰钴铈复合金属氧化物(Mn_yCo_zCe_1-y-zO_x)催化剂的方法，具体包括以下步骤：

(1)取一定量高分散硅溶胶(SiO₂质量分数为30％)加入含有水和铝酸钠(NaAlO₂)以及四丙基氢氧化铵(TPAOH)的烧杯中，将溶液加热到35℃，并持续搅拌5h，以得到乳白色液体；将获得的乳白色液体转移到聚四氟乙烯内衬的水热釜中，在170℃烘箱反应24h，反应结束后冷却至室温，离心收集白色固体产物，去离子水洗涤三次，将离心获得的白色固体经80℃烘箱干燥、550℃空气气氛下焙烧8h，得到Na型ZSM-5分子筛；将Na型ZSM-5分子筛在乙酸铵水溶液中连续进行三次离子交换，然后在550℃的空气气氛下焙烧4h，获得H型ZSM-5分子筛；

(2)将硝酸锰、硝酸钴、硝酸铈的金属盐前驱体溶于去离子水中，在室温下搅拌得到澄清的混合盐溶液；

(3)搅拌的同时向步骤(2)得到的前驱体溶液中缓慢加入步骤(1)得到的HZSM-5分子筛，在室温下下搅拌2h得到均匀的悬浊液；

(4)搅拌的同时使用微量注射泵将氨水以一定的速率缓缓注入(3)所得的悬浊液，将金属盐离子沉积到分子筛载体上，并继续室温下老化3h；

(5)将步骤(4)得到的混合物通过真空抽滤分离，并使用去离子水将所得固体洗涤至中性，然后放置于60℃烘箱干燥12h，最后在550℃马弗炉中焙烧4h，即得到所述的分子筛负载型锰钴铈复合金属氧化物催化剂。