一種硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳基催化劑及制備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳催化劑及制備，應(yīng)用于隧道、停車場、地下商場和城市公路隧道中常溫低濃度N0的脫除凈化，并且能夠長時間保持高轉(zhuǎn)化率和高活性。
【背景技術(shù)】
[0002]氮氧化物(NOx)是形成硝酸型酸雨和光化學(xué)煙霧、破壞臭氧層的主要大氣污染物之一，具有很強(qiáng)的毒性。隧道，停車場等半封閉空間由于自然通風(fēng)受到限制，機(jī)動車排放的尾氣無法及時排出，氮氧化物(NOx)累積，空氣污染嚴(yán)重。其中，一氧化氮(N0)占NOx總量的90%-95%，N0有效的脫除凈化顯得尤為重要。N0的治理技術(shù)包括催化還原法、催化分解法、等離子體法、液體吸收法、吸附法、微生物法等，其轉(zhuǎn)化率和持續(xù)時間都相對較低。N0常溫催化氧化催化劑普遍缺點是轉(zhuǎn)化率和解吸附能力較低，降低了其活性；所以亟需尋找一種廉價、高效的表面改性方法提高N0的轉(zhuǎn)化率和抑制催化劑失活。
[0003]碳納米管具有很高的比表面積，負(fù)載的氧化錳提高了原子利用率，其活性較純氧化錳高，然而N0的轉(zhuǎn)化率仍然較低；硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳基催化劑極大提高了N0的轉(zhuǎn)化率以及減緩了催化劑的失活。該種方法處理的催化劑，常溫常壓下N0催化氧化反應(yīng)活性和長時間穩(wěn)定性得到很大的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明于提供一種硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳基催化劑用于N0常溫催化氧化。
[0005]一種硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳基催化劑的制備方法，其特征在于，利用硫酸對碳納米管擔(dān)載氧化錳進(jìn)行表面改性，其制備步驟包括:
(1)將多壁碳納米管分散在去離子水中超聲20min，然后加入適量的聚乙烯吡咯烷酮再超聲20min，獲得多壁碳納米管與聚乙烯吡咯烷酮的第一分散液；將一定濃度的高錳酸鉀水溶液和硫酸溶液逐滴滴入上述分散液中并劇烈攪拌；常溫攪拌混合均勻后，放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱晶化釜，晶化溫度為160°C，反應(yīng)40min-lh獲得沉淀；
(2)用大量去離子水洗滌、過濾出所得沉淀，放入50-80°C烘箱12小時進(jìn)行烘干即制得所述多壁碳納米管擔(dān)載氧化錳基催化劑。
[0006]步驟(1)中表面活性劑與多壁碳納米管的質(zhì)量比1:6 ;高錳酸鉀與多壁碳納米管的質(zhì)量比7:0.3 ;硫酸與多壁碳納米管的質(zhì)量比(3?5):1。
[0007]步驟(1)中，所述第一分散液中多壁碳納米管的質(zhì)量百分比為0.6% ;表面活性劑的質(zhì)量百分比為0.1% ;所述高錳酸鉀水溶液的濃度為0.1?0.6mol/L ;所述硫酸水溶液的濃度為0.5?lmol/L ;所述的表面活性劑聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇的一種。
[0008]一種硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳基催化劑，其特征在于，根據(jù)上述任意一項所述方法制備得到。
[0009]本發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳基催化劑，提高了常溫催化氧化N0的轉(zhuǎn)化率和持續(xù)時間，因而有利于低濃度N0常溫催化氧化及后續(xù)堿液吸收脫除的進(jìn)行。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明實施中所制得的硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳催化劑的XRD圖L曰。
[0011]圖2為對比例的硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳低濃度N0常溫脫除出口濃度圖，測試條件為:反應(yīng)氣N0濃度?lOppm、02濃度21%、載氣N2，溫度?30 °C，空速120000mL.h 1.g 1 ;
圖3為實施例1的硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳低濃度N0常溫脫除出口濃度圖，測試條件為:反應(yīng)氣N0濃度?lOppm、02濃度21%、載氣N2，溫度?30 °C，空速120000mL.h 1.g 1 ;
圖4為實施例2的硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳低濃度N0常溫脫除出口濃度圖，測試條件為:反應(yīng)氣N0濃度?lOppm、02濃度21%、載氣N2，溫度?30 °C，空速120000mL.h 1.g 1 ;
圖5為示出對比例、實施例1、實施例2的硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳低濃度N0常溫脫除性能測試結(jié)果的圖，測試條件為:反應(yīng)氣N0濃度?lOppm、02濃度21%、載氣N2，溫度?30。。，空速 120000mL.h 1.g 1。
【具體實施方式】
[0012]以下實例結(jié)合附圖用于更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于此。
[0013]對本發(fā)明的硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳基催化材料進(jìn)行常溫脫除低濃度N0的測試。測試方法可為:在反應(yīng)器中通入含氧N0廢氣，所述的含氧N0廢氣中包括N0，N2和02，以含氧N0廢氣中的02為氧化劑，在室溫(30°C ±5°C)條件下將NO催化氧化脫除。其中，所述的含氧N0廢氣中02含量為?21%，N0的含量為?lOppm，其余為N2。高空速為120000mL.h 1.g ^多壁碳納米管負(fù)載氧化錳基催化材料的用量為0.25g。
[0014]對比例:
將0.3g多壁碳納米管與0.05g聚乙烯吡咯烷酮分散在50ml去離子水中，并超聲20min ;取7g高錳酸鉀(ΚΜη04)溶解在150ml去離子水中。將高錳酸鉀硫酸溶液逐滴加入到多壁碳納米管分散液中并不斷攪拌，滴加完畢后轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱晶化釜，晶化溫度為160°C反應(yīng)40min，真空抽濾、大量水洗，于60°C烘箱中烘干，制得多壁碳納米管擔(dān)載氧化錳基催化劑，記為:MCNT。
[0015]實施例1:
將0.3g多壁碳納米管與0.05g聚乙烯吡咯烷酮分散在50ml去離子水中，并超聲20min ;取7g高錳酸鉀(ΚΜη04)溶解在150ml去離子水中，取1ml硫酸(0.5mol/L)逐滴滴入高錳酸鉀溶液中并不斷攪拌。將高錳酸鉀硫酸溶液逐滴加入到多壁碳納米管分散液中并不斷攪拌，滴加完畢后轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱晶化釜，晶化溫度為160°C反應(yīng)40min，真空抽濾、大量水洗，于60°C烘箱中烘干，制得多壁碳納米管擔(dān)載氧化錳基催化劑，記為:SMCNT-lo
[0016]實施例2:
將0.3g多壁碳納米管與0.05g聚乙烯吡咯烷酮分散在50ml去離子水中，并超聲20min ;取7g高錳酸鉀(ΚΜη04)溶解在150ml去離子水中，取1ml硫酸(lmol/L)逐滴滴入高錳酸鉀溶液中并不斷攪拌。將高錳酸鉀硫酸溶液逐滴加入到多壁碳納米管分散液中并不斷攪拌，滴加完畢后轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱晶化釜，晶化溫度為160°C反應(yīng)40min，真空抽濾、大量水洗，于60°C烘箱中烘干，制得多壁碳納米管擔(dān)載氧化錳基催化劑，記為:SMCNT-2。
【主權(quán)項】
1.一種硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳基催化劑的制備方法，其特征在于，利用硫酸對碳納米管擔(dān)載氧化錳進(jìn)行表面改性，其制備步驟包括: (1)將多壁碳納米管分散在去離子水中超聲20min，然后加入適量的聚乙烯吡咯烷酮再超聲20min，獲得多壁碳納米管與聚乙烯吡咯烷酮的第一分散液；將一定濃度的高錳酸鉀水溶液和硫酸溶液逐滴滴入上述分散液中并劇烈攪拌；常溫攪拌混合均勻后，放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱晶化釜，晶化溫度為160°C，反應(yīng)40min-lh獲得沉淀； (2)用大量去離子水洗滌、過濾出所得沉淀，放入50-80°C烘箱12小時進(jìn)行烘干即制得所述多壁碳納米管擔(dān)載氧化錳基催化劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳基催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中表面活性劑與多壁碳納米管的質(zhì)量比1:6 ;高錳酸鉀與多壁碳納米管的質(zhì)量比7:0.3 ;硫酸與多壁碳納米管的質(zhì)量比(3?5):1。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳基催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述第一分散液中多壁碳納米管的質(zhì)量百分比為0.6%;表面活性劑的質(zhì)量百分比為0.1% ;所述高錳酸鉀水溶液的濃度為0.1?0.6mol/L ;所述硫酸水溶液的濃度為0.5?lmol/L ;所述的表面活性劑聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇的一種。4.一種硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳基催化劑，其特征在于，根據(jù)上述權(quán)利要求任意一項所述方法制備得到。
【專利摘要】本發(fā)明涉及硫酸處理的碳納米管擔(dān)載氧化錳催化劑及制備方法。該催化劑采用氧化還原法將活性組分氧化錳負(fù)載到多壁碳納米管上，干燥后獲得催化劑錳基氧化物表面有一定的硫酸根物種，促進(jìn)NO2解吸附從而提高常溫常壓下NO催化氧化轉(zhuǎn)化率和長時間穩(wěn)定性。本發(fā)明工藝簡單，可以應(yīng)用于停車場、地下商場和城市公路隧道中NO污染物的高效凈化處理，具有重要的社會意義和實際應(yīng)用價值。
【IPC分類】B01J23/34
【公開號】CN105289581
【申請?zhí)枴緾N201510667720
【發(fā)明人】何丹農(nóng), 張濤, 高振源, 趙昆峰, 楊玲, 袁靜, 蔡婷, 金彩虹
【申請人】上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年10月16日