[发明专利]钙钛矿催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种钙钛矿催化剂及其制备方法。所述钙钛矿催化剂采用如下式(1)所示的结构式表示：Asubgt;1‑y/subgt;Bsubgt;y/subgt;Zsubgt;3/subgt;‑aX(I)其中，A元素选自稀土金属，B元素选自过渡金属，Z元素选自O、S、N、P或卤素，X选自铵基活化剂，0≤y1，a表示铵基活化剂与A元素和C元素之和的摩尔比，1.5≤a≤6。本发明的钙钛矿型催化剂具有较高的比表面积和较多的孔结构，且钙钛矿催化剂的催化活性较高，能够使催化燃烧性能明显提高。本发明的钙钛矿催化剂的制备方法简单易行，原料易于获取，成本低，适合大批量生产。

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿催化剂及其制备方法，属于催化剂领域。

背景技术

CO和挥发性有机污染物(VOCs)作为危害人类健康的污染源越来越受到人们的重视，一氧化碳(CO)是城市环境空气中数量最多的污染物(约占大气污染物总量的1/3)，作为真气体污染物存在于空气中，高浓度的CO暴露会影响心脏、神经系统的功能，给人体健康带来不利的影响，应引起足够的重视。

CO作为一种不易被人的感官所察觉的污染物，其可以随吸入的空气被人吸收后，同血红蛋白结合而干扰体内氧的运输与传递，心脏的功能会受到损害。CO来源包括工业生产和城市活动等。这种气体是由碳的不完全燃烧释放出来的。汽车尾气可能含有CO：7％～50％，煤气含10％左右，水煤气约含30％，炼铁炉烟道气约含30％，以火力发电厂、钢铁厂、石油化工厂、水泥厂等对大气污染最为严重。

此外，挥发性有机化合物(VOCs)也是现如今主要大气污染物之一，不仅对人体健康极其有害，也对环境也有害。挥发性有机化合物主要来自建筑材料、装修材料等日常生活以及化工、电厂锅炉尾气等工业。挥发性有机化合物(如低碳烃、芳烃、醛等)绝大多数具有毒性、恶臭味且易燃易爆，不仅对生态环境造成污染(如生成为光化学烟雾、破环臭氧层和二次有机气溶胶等)，而且严重威胁人类健康。挥发性有机化合物的污染面广、危害大、成份复杂、治理难度大。

在现有技术中，催化燃烧处理废气浓度宽，无二次污染，是目前CO和VOCs净化的最有效方法；且随着环保标准的提高，催化燃烧在VOCs和CO净化领域的应用有待进一步加强。因此，无论是从节能还是从减排的角度出发，都很有必要研制出高效的燃烧催化剂。

现有燃烧催化剂的主要问题在于低于400℃时，燃烧催化剂的活性很低或者高温下燃烧催化剂不稳定。目前催化燃烧的催化剂主要分为贵金属催化剂和非贵金属催化剂，贵金属催化剂具有较高的催化活性、不易挥发以及对反应器材质等的要求比较低，工业应用前景较好，所以贵金属催化剂在研究以及应用中所占比例较大。然而贵金属易烧结、耐热性差、价格昂贵的缺点，很大程度上限制了其发展，从而使得非贵金属催化剂的研究成为必要。非贵金属催化剂低温活性差，但其资源丰富、廉价，具有大规模应用的前景。在非贵金属催化燃烧催化剂中，钙钛矿型复合金属氧化物催化剂(ABO₃)由于其化学结构易裁剪的性能使其成为最具发展潜力的燃烧催化剂之一。

钙钛矿型复合金属氧化物催化剂是一类过渡金属与稀土金属相复合的金属氧化物，已被证明在挥发性有机化合物催化氧化过程中不但具有较好的活性，还具有高稳定性。钙钛矿型金属氧化物由于其组成和结构的变化性，使其具有不同的物理化学性质(如氧化还原行为、氧迁移率、电子和离子电导率)，在过去几十年被广泛研究，并应用于各个领域。

众所周知，钙钛矿型金属氧化物的催化活性与其物理化学性质有关，包括形貌、比表面积、孔隙结构和非化学计量氧化物。近年来，已经相继报道各种合成钙钛矿金属氧化物的方法(软膜板法、水热法、燃烧法、溶胶凝胶法、共沉淀法、熔盐法等)来改善其物理化学性能，从而提高其催化活性。目前也有研究者通过在A位掺杂其他元素可以提高钙钛矿的催化活性。然而，掺杂的元素往往会在钙钛矿表面富集，阻挡了具有催化活性的B位元素，限制了钙钛矿活性的进一步提高。