[发明专利]一种三维多孔结构铜锰复合催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种三维多孔结构铜锰复合催化剂及其制备方法和应用。本发明的三维多孔结构铜锰复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：先将光固化树脂、铜锰混合盐、活性氧化铝和光引发剂混合均匀形成催化剂前驱体；然后将其进行3D打印处理制得三维多孔坯体，再进行热处理和煅烧处理，即可获得三维多孔结构铜锰复合催化剂；其中上述光固化树脂、铜锰混合盐和活性氧化铝的重量比为(13～25):(6～13):(1～3)；三维多孔坯体的孔径为20～80μm；热处理的温度为300～500℃，时间为1～3h，煅烧处理的温度为500～800℃，时间为1～3h。本发明的三维多孔结构铜锰复合催化剂具有高比表面积、优异的催化效率和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及高纯气体制备的技术领域，更具体地，涉及一种三维多孔结构铜锰复合催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

CO是无色无味、易燃易爆气体，具有很强的毒害性，是目前常见的致毒物之一，被称为21世纪不为人知的毒药。目前用于催化分解CO的催化剂主要有负载型Au、Pt、Pd等贵金属催化剂和铜锰复合催化剂类非贵金属催化剂两大类。由于贵金属价格昂贵，发展高活性铜锰复合催化剂已成为当今的研究热点。

现有技术(CN111744498A)公开了一种锰铜复合氧化物催化剂及其制备方法和应用，通过控制铜锰氧化物制备过程中的原料浓度和搅拌速度，进而控制无定形铜锰氧化物中氧化锰和氧化铜的粒径尺寸，获得一种铜锰复合氧化物催化剂，该催化剂可以有效去除高纯氮气中低溶度的CO，但其比表面积较小，循环使用稳定性差。

发明内容

本发明的目的是克服现有粒状铜锰复合氧化物催化剂比表面积较小、循环稳定性差的缺陷和不足，提供一种三维多孔结构铜锰复合催化剂的制备方法，通过将铜锰混合盐、活性氧化铝、光引发剂与光固化树脂混合均匀后3D打印形成特定微孔结构的三维多孔坯体，再经过热处理和煅烧处理，形成具有多级复合孔结构的铜锰复合催化剂，使其比表面积显著提高，具备更大的催化接触面积和优异的循环稳定性。

本发明的另一目的是提供一种三维多孔结构铜锰复合催化剂。

本发明的又一目的在于提供所述三维多孔结构铜锰复合催化剂在催化分解CO中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种三维多孔结构铜锰复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1.将光固化树脂、铜锰混合盐和活性氧化铝混合均匀形成催化剂前驱体；

S2.将S1中催化剂前驱体进行3D打印处理制得三维多孔坯体；

S3.将S2中的三维多孔坯体热处理和煅烧处理，即可获得三维多孔结构铜锰复合催化剂；

其中，S1中所述光固化树脂、铜锰混合盐和活性氧化铝的重量比为(13～25):(6～13):(1～3)；

S2中所述三维多孔坯体具有微孔结构，其孔径为20～80μm；

S3中所述热处理的温度为300～500℃，时间为1～3h；煅烧处理的温度为500～800℃，时间为1～3h。

本发明中光固化树脂的添加量不仅影响催化剂前驱体的3D打印成型，而且还会影响最终所制得三维多孔结构铜锰复合催化剂的孔结构及其结构稳定性；当光固化树脂的添加量过少时，在3D打印过程中不利于打印成型制备三维多孔坯体，在热处理和煅烧处理过程中易造成三维多孔结构铜锰复合催化剂的结构坍塌，进而影响催化剂的结构稳定性和比表面积，降低催化效率和循环稳定性；当光固化树脂的添加量过多时，虽然有利于制备三维多孔坯体，但三维多孔坯体中含有大量光固化树脂形成的聚合物，在热处理和煅烧处理过程中会因聚合物分解而留下过大的孔洞，导致铜锰复合催化剂的结构稳定性降低，也会降低催化剂的催化效率和循环稳定性。而活性氧化铝的加入，可以起到协调催化的作用，提高催化剂的催化活性，其添加量过多或过少均不利于三维多孔结构铜锰复合催化剂催化性能的提升。