[发明专利]一种三维有序大孔结构的La0.6Sr0.4Fe0.8Bi0.2O3、合成方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维有序大孔La_0.6Sr_0.4Fe_0.8Bi_0.2O₃、合成方法和应用于氧化消除甲苯的催化剂，具体涉及到合成出具有单相正交晶相结构的三维有序大孔La_0.6Sr_0.4Fe_0.8Bi_0.2O₃，此结构有效提高了催化剂的比表面积和氧化还原能力，因此提高了La_0.6Sr_0.4Fe_0.8Bi_0.2O₃氧化甲苯的催化性能，属于催化技术领域。

发明背景

挥发性有机化合物(VOC)是指熔点低于室温、沸点范围在50-260℃之间的挥发性有机物的总称，并且有浓度低、活性强、危害大等特点，甲苯便是其中一种，尤其威胁到人类健康，干扰人体内分泌系统，可导致各种急性和慢性病，甚至还能致癌。目前包括甲苯在内的VOC是继SO₂、NO_X及氟里昂之后，受到世界各国普遍重视的大气污染物，各国政府已经或正在制定严格的法律法规来控制其排放。因此，研究和开发高效消除VOC的方法和催化技术已成为全球研究热点。

VOC的治理方法主要有物理法和化学法。物理法包括吸附法、冷凝法、膜分离法等，这是一种非破坏性的方法，因此易引起二次污染；化学法包括焚烧法、等离子体法、生物法、光催化法和热催化法等，都属破坏性的方法，VOC去除率高。其中催化法为目前公认的最有效消除VOC的手段，催化剂的活性和稳定性是实现该过程的核心所在。负载型贵金属催化剂对VOC完全氧化反应的低温催化活性最好，但其价格昂贵。贱金属(复合)氧化物也具有催化活性，虽然其低温催化活性低于负载型贵金属催化剂的，但价格便宜。在贱金属复合氧化物中，钙钛矿型氧化物(ABO₃)对VOC氧化反应显示出较好的高温催化活性。但迄今为止，有极少数文献报道采用钙钛矿型氧化物催化降解甲苯。一些研究显示，ABO₃是一类具有结构缺陷(阴离子或阳离子空位)的复合氧化物，属于完全氧化型催化材料。在已研究过ABO₃的催化剂中，将A位和B位阳离子用其他金属阳离子部分取代能有效提高催化活性。其中(La_1-xA′_x)(M_1-yB′_y) O_3-δ(A′＝Sr，Ba，Ca，Ce；M＝Co，Mn，Fe；B′＝Cu，Bi，Ni)具有较好的催化活性(M.A.et al.，Chem.Rev.2001，101：1981-2017)。Balasin-Aubé等将A位掺杂少量Sr²⁺后观察到La_0.8Sr_0.2MnO_3+x对甲苯、苯、乙醇、丙醛、乙酸乙酯、甲乙酮等氧化反应的催化活性高于未掺杂的锰酸镧(V.Blasin-Aubé et al.，Appl.Catal.B.2003，43：175-186)；Huang等(H.Huang et al.，Catal.Commun.，2008，9：55-59)将La_1-xSr_xCo_1-yFe_yO₃制成纳米粒子并用于丙醇、甲苯和环己烷的氧化反应，结果显示部分Sr²⁺取代的催化剂具有较高的催化活性。Rousseau等(S.Rousseau et al.，Appl.Catal.B.2009，88：438-447)用异价离子同时取代LaCoO₃中的A、B位得到La_1-xSr_xCo_1-yFe_yO₃，研究结果表明Sr和Fe离子同时取代可显著提高催化剂对甲苯氧化反应的催化活性。邓等(G.Deng et al.，Electrochimica Acta，2009，54：3910-3914)报道过采用草酸燃烧法合成出单相La_1-xSr_xFeO₃化合物，与La_0.8Sr_0.2FeO₃相比，La_0.6Sr_0.4FeO₃具有较好的电化学储氢性能。若能在La_1-xSr_xFeO₃中的B位掺杂一定量的Bi，使Fe和Bi离子的多种氧化态共存，可增强其氧化还原(Redox)能力，有利于促进催化剂的氧化还原过程，从而改善其催化活性。