一種制備氧化亞銅摻雜的oms-2催化劑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備催化劑的方法，具體涉及一種制備氧化亞銅摻雜的OMS-2催化劑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]揮發(fā)性有機(jī)物(volatile organic compounds，簡稱VOCs)尤其是苯系污染物的排放，嚴(yán)重影響環(huán)境和人類健康。苯、甲苯和二甲苯作為重要的化學(xué)原料和良好的有機(jī)溶劑，在醫(yī)藥、化工及建筑裝飾材料等工業(yè)化生產(chǎn)中被廣泛使用。VOCs經(jīng)排放進(jìn)入環(huán)境后嚴(yán)重危害環(huán)境和人類健康。催化燃燒可以在催化劑的作用下，將VOCs直接轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。因此，它是最具有發(fā)展前景的一種技術(shù)，而開發(fā)低溫高效催化劑是催化燃燒的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。MnO2具有可變的價(jià)態(tài)、豐富的孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，在環(huán)境催化領(lǐng)域一直受到關(guān)注。二氧化錳具有α，β，γ，δ等多種晶型。氧化錳八面體分子篩(0MS-2)屬于a -MnO2之一。0MS-2具有隧道狀的結(jié)構(gòu)，其分子式可寫成KMn8O16, 0MS-2由于具有大量敞開的層間和孔道結(jié)構(gòu)、混合價(jià)態(tài)的錳離子(Mn2 +、Mn3 +和Mn4 + )、溫和的表面酸堿性和表面疏水性等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)苯系污染物類的催化燃燒表現(xiàn)出優(yōu)異的效果。但相比于貴金屬催化劑，0MS-2的低溫活性還有待提高。相關(guān)研宄發(fā)現(xiàn)，將Cu摻入MnO2可以提高催化活性。目前，Cu摻雜的MnO2的制備方法主要有，微乳液法、共沉淀法和浸漬法等。Li等人(W.B.Li，W.B.Chu, M.Zhang, J.Hua.Catal.Today, 2004，93—95: 205— 209.)以Cu(CH3COO)2和Mn(NO3)2為原料，在H2O/正辛醇/環(huán)己烷等的反相微乳液中，得到了 Mn-Cu復(fù)合物，用于甲苯的催化燃燒；Morales 等(M.R.Morales, B.P.Barbero, L.E.Cachis.Fuel.2008,87:1177 - 1186.)以Mn (NO3) 2和Cu (NO 3) 2為原料，Na (CO 3) 2為沉淀劑，采用共沉淀法得到了Mn-Cu復(fù)合物，用于乙醇等的催化燃燒；Li等(T.Y.Li, S.J.Chiang, B.J.Liaw, Y.Z.Chen.Appl.Catal.B: Environmental.2011, 103:143 - 148.)以Cu (NO3)2,Mn(NO3)2和Ce (NO3)3等為原料，采用初始浸漬法得到了 CuO/Ce ^xMnxO2材料，用于苯的催化氧化；中國專利(申請(qǐng)?zhí)朇N 102626636 A)孫偉等人報(bào)道，將硫酸錳、高錳酸鉀和硫酸銅在反應(yīng)釜中加熱到140-180°C，反應(yīng)10-18小時(shí)，得到了納米二氧化錳復(fù)合的氧化銅催化劑，用于次氯酸鈉分解；中國專利(申請(qǐng)?zhí)朇N 102319573 A)將擬薄水鋁石、尿素、表面活性劑、金屬硝酸鹽和去離子水等反應(yīng)制成溶膠漿液，并將堇青石蜂窩載體浸泡其中，得到了銅錳復(fù)合氧化物整體式催化劑。以上文獻(xiàn)或?qū)＠麍?bào)道中，CuO-MnO2復(fù)合物的制備或需要先得到錳和銅的氫氧化物，高溫焙燒得到二者的混合氧化物；或?qū)㈠i和銅的鹽先混合，經(jīng)過焙燒到CuO- 1^02復(fù)合物?；蚪?jīng)過高溫高壓，較長時(shí)間反應(yīng)，得到二者混合物。上述方法，制備過程相對(duì)繁雜，生廣成本尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種制備氧化亞銅摻雜的0MS-2催化劑的方法，克服了現(xiàn)有銅摻雜氧化錳催化劑制備存在的步驟繁雜的缺陷，降低了成本。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是這樣的:以丙醛、斐林試劑(Fehling試劑)和高錳酸鉀溶液為原料，在同一體系中，以高錳酸鉀為氧化劑，丙醛為還原劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成OMS-2 ;以斐林試劑為氧化劑，丙醛為還原劑，將Cu2+還原為Cu 20，并均勻摻雜于新生成的OMS-2中，同步氧化還原法得到摻銅的氧化錳八面體分子篩Cu20-0MS-2材料。所得到的材料具有164.423m2/g的比表面積，以鄰二甲苯為目標(biāo)污染物，評(píng)價(jià)材料的催化燃燒性能。
[0005]具體的，本發(fā)明給出的制備氧化亞銅摻雜的OMS-2催化劑的方法，包括以下步驟: Cl)按照銅、錳摩爾比量取斐林試劑甲液和斐林試劑乙液并混合，向混合液中滴入丙醛，35°C下磁力攪拌10?15min，得到反應(yīng)前軀物；
(2)稱取0.02mol的KMnO4溶于50mL蒸餾水中，在35°C水浴磁力攪拌下將其滴入步驟(I)所得反應(yīng)前驅(qū)物中，再逐滴分別加入丙醛，滴加完畢后在35°C水浴中繼續(xù)攪拌20?24h，過濾、水洗至中性并進(jìn)行醇洗，在100?120°C下干燥12?20h，400°C焙燒6?8h，得到氧化亞銅摻雜的0MS-2催化劑材料，標(biāo)示為XCu20-0MS-2，其中X表示銅、錳摩爾比。
[0006]本發(fā)明的制備方法，步驟(I)中，銅、錳摩爾比分別為0:1、0.02:1,0.025:1、0.03:1 ;斐林試劑甲液O?15mL、斐林試劑乙液O?30mL ;丙醛用量O?0.75mL ；
本發(fā)明的制備方法，步驟(2)中，丙醛的加入量分別是1.46 mL、l.86mL、1.96 mL、2.21
mL，
本發(fā)明的制備方法，所說的斐林試劑的配制方法如下:
斐林試劑甲液:稱取3.02g Cu(NO3)2.3Η20加入蒸餾水溶解并稀釋至250mL，存放于容量瓶中，待用。
[0007]斐林試劑乙液:稱取14.1Ig C4H4O6KNa.4H20和3.3gK0H混合后加入蒸餾水溶解并稀釋至500mL，存放于容量瓶中，待用。
[0008]本發(fā)明，在同一體系中，以高錳酸鉀為氧化劑，丙醛為還原劑，制備得到0MS-2 ;同時(shí)，以斐林試劑為氧化劑，丙醛為還原劑，得到Cu20，并摻雜于新生成的0MS-2中，一步得到Cu20-0MS-2 材料。
[0009]本發(fā)明還給出了 Cu20-0MS-2的應(yīng)用，具體就是催化劑XCu20-0MS-2在低溫催化燃燒消除VOCs氣體中的應(yīng)用。以鄰二甲苯為代表的VOCs氣體催化燃燒消除反應(yīng)在固定床石英管反應(yīng)器中進(jìn)行。以XCu20-0MS-2為催化劑，通入混有鄰二甲苯與模擬空氣(N2/02=4/l)的混合氣體，其中鄰二甲苯的濃度為450ppm，氣流空速為720(?'利用裝有雙FID的氣相色譜檢測鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率和0)2的產(chǎn)率。
[0010]本發(fā)明取得的有益效果如下:采用同步氧化還原法制備得到XCu20-0MS-2材料，制備過程簡單；XCu20-0MS-2可在190?210°C將450ppm鄰二甲苯完全轉(zhuǎn)化為0)2和H2O ;催化燃燒溫度低，處理效率高，沒有二次污染。
【附圖說明】
[0011]圖1是實(shí)施例1，2，3，4制備的XCu20-0MS-2催化劑的催化活性測試數(shù)據(jù)圖。
[0012]圖2是實(shí)施例1，2，3，4制備的XCu20_0MS_2催化劑的XRD圖。
[0013]圖3是實(shí)施例1制備的0Cu20-0MS-2催化劑的掃描電鏡圖和能量色散型X射線光譜儀(EDX)圖譜。
[0014]圖4是實(shí)施例2制備的0.02Cu20-0MS-2催化劑的掃描電鏡圖和能量色散型X射線光譜儀(EDX)圖譜。
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