[发明专利]一种3D纳米花状MnO2

说明书

本发明提供一种3D纳米花状MnOsubgt;2/subgt;基催化剂及其制备方法和应用，涉及大气污染控制领域。一种3D纳米花状MnOsubgt;2/subgt;基催化剂的制备方法，包括：将还原剂、氧化剂和形貌引导剂共混，然后升温进行反应，再依次经过冷却、过滤、洗涤和干燥后，进行焙烧，即得；所述还原剂包括Mnsupgt;2+/supgt;化合物和/或Cesupgt;3+/supgt;化合物。所述3D纳米花状MnOsubgt;2/subgt;基催化剂根据所述的制备方法制得；所述催化剂具备纳米片交错堆叠形式的3D花状结构；所述3D纳米花状MnOsubgt;2/subgt;基催化剂应用于催化氧化乙烷。本发明利用简单水热方法制得3D花状MnOsubgt;2/subgt;基催化剂，并将该催化剂用于催化氧化乙烷，其合成工艺简单，原料来源丰富、价廉，易于大规模生产，所得催化剂活性高、稳定性强，尤其应用于催化氧化乙烷，在310℃可实现转化率达90％。

技术领域

本发明属于大气污染控制领域，尤其涉及一种3D纳米花状MnO₂基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

挥发性有机物(Volatile organic compounds，VOCs)，通常指常压下沸点处在50～260℃的有机化合物，如烷烃、芳香烃、醇类、醛类、酮类和酯类等。其中烯烃、芳烃、烷烃等因具有较高的生成臭氧潜势，可导致光化学烟雾以及二次有机气溶胶的生成，不仅危害大气环境，还会对人类健康造成影响，诱发一系列疾病。因此，迫切需要寻找对VOCs有效的治理技术，以降低VOCs的排放量。

VOCs来源广泛，涉及生产、生活等许多途径。为VOCs排放清单和现场观测显示，工业源是最大来源之一。而大风量低浓度有机废气的排放在工业生产中较为常见。当废气回收价值低或不需要进行回收时，常采用吸附浓缩或催化燃烧技术进行处理，其中催化氧化法具有应用范围广、净化效率高、无二次污染等优点，可以将VOCs在较低温度下(250℃-500℃)氧化成环境友好的CO₂和H₂O，因此受到广泛关注。该方法的核心是催化剂，主要分为贵金属和非贵金属两大类。贵金属催化剂优点是低温活性好、使用寿命长、选择性好，但是由于价格昂贵、易烧结、抗中毒能力弱、易生成氯代副产物等缺点限制了它的应用。而非贵金属催化剂，因为储量丰富、价格低廉，催化活性虽不及贵金属催化剂，但可以通过在合成过程中调整其晶体结构、形态和表面性质，优化其催化活性。MnO₂基材料因其丰度高、价格低、毒性小、氧化还原能力好、价态多变等独特特性，被广泛用作去除VOCs、NO_x、CO、臭氧、煤烟等污染物的催化剂。而在VOCs中低碳烷烃因为结构稳定，通常需要较高温度才能活化，因此开发用于低碳烷烃深度氧化的低温催化剂充满挑战。CN106582269A公布了一种修饰型铁催化剂催化氧化乙烷的方法，但该催化剂制备程序复杂，耗时长，且制备过程还涉及到大量废碱液的排放，最重要的是对乙烷转化的效率不高。CN111266100A公布了一种用于乙烷催化燃烧的整体催化剂及其制备方法，包括堇青石蜂窝陶瓷载体、过渡涂层、活性涂层及活性组分，主要成分为SiO₂、γ-Al₂O₃、Pd和氧化钐。但该催化剂制备工艺繁琐，能耗较高。文献(Chin J Catal 2021,42(12),2287)报道的Pt-Nb/ZrO₂催化剂表现出优异的乙烷氧化活性。但作为贵金属催化剂，应用成本高、高温易烧结、抗中毒能力弱是通病。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D纳米花状MnO₂基催化剂及其制备方法和应用，以解决上述问题。

为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：

一种3D纳米花状MnO₂基催化剂的制备方法，包括：将还原剂、氧化剂和形貌引导剂共混，然后升温进行反应，再依次经过冷却、过滤、洗涤和干燥后，进行焙烧，即得；