一种用于全氟聚醚裂解的催化剂及其应用

本发明涉及催化剂，具体涉及一种用于全氟聚醚裂解的催化剂及其应用。

背景技术：

1、全氟聚醚的主链由—cf2—o—cf2—构成，相较于全氟烯烃链它具有可挠曲性，使用温度范围极宽（-100℃~400℃）。在全氟聚醚的结构中，强负电性的氟原子使主链被氟原子屏蔽不显示醚的性能，相较于烃类聚醚，全氟聚醚具有非常高的化学惰性、低挥发性、抗燃性、抗腐蚀性等，广泛作为润滑剂应用于航空航天、核工业等领域。

2、全氟聚醚作为润滑剂时，在高温下会发生热裂解，形成的氧自由基会发生连锁反应，使其变质成为废弃的全氟聚醚润滑剂。在空气中会缓慢氧化裂解，生成含氟腐蚀性产物，危害人体和环境。cn202110952301报道了废弃全氟聚醚润滑剂的处理方法，以二氧化锰作为热裂解催化剂，碳酸钠吸附固定裂解后含氟气体，但是该方法中催化裂解温度较高，甚至高达800℃，这使得对全氟聚醚进行裂解处理的温度过高。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种用于全氟聚醚裂解的催化剂及其应用，以解决现有技术中催化剂催化全氟聚醚进行热裂解时反应温度过高的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种用于全氟聚醚裂解的催化剂，所述催化剂以具有缺陷的锰氧化物作为载体，在其表面沉淀助剂元素，并使载体与助剂元素形成异质界面；其中，所述助剂元素为fe、co、ni、ce、cu中一种。

4、优选地，所述催化剂通过如下方法制备获得：

5、步骤1：将锰盐与表面活性剂溶解于水中并混合均匀；其中，表面活性剂与锰离子之间的摩尔比为1-20；

6、步骤2：向步骤1得到的混合溶液中加入碱性物质，使锰离子全部沉淀，然后加入还原性试剂，搅拌后在160~200℃条件下反应5~10h，对产物进行冷却、离心和干燥处理，得到粉末；随后，在空气气氛下，对粉末进行250~400℃的焙烧30min~3h，得到原位缺陷型锰氧化物载体粉末；其中，碱性物质与锰离子之间的摩尔比为1.1-10，还原性试剂与锰离子之间的摩尔比为1.5-20；

7、步骤3：将含有助剂元素的盐溶于水中，并加入双氧水使其氧化为高价态，加入步骤2制备得到的载体粉末，添加碱性物质使助剂元素沉淀于载体表面，对其干燥后，在空气气氛下升温至250~400℃焙烧30min~3h，得到所述催化剂；其中，按照质量百分比计算，助剂元素的质量占锰氧化物质量的百分比为1%-30%；双氧水的摩尔量为助剂元素摩尔量的3~10倍；碱性物质与助剂元素离子的摩尔比为1.1~10。

8、优选地，在步骤1中，所述锰盐为硝酸锰、醋酸锰、碳酸锰中的一种。

9、优选地，在步骤1中，所述表面活性剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷、磺基琥珀酸盐中的一种。

10、优选地，在步骤2中，所述碱性物质为氢氧化钠、尿素、碳酸铵中的一种。

11、优选地，在步骤2中，还原性试剂为乙醇、乙二醇、甲醇中的一种。

12、优选地，在步骤3中，所述碱性物质为氢氧化钠、尿素、碳酸铵中的一种。

13、优选地，在步骤3中，所述含有助剂元素的盐为硝酸盐。

14、本发明还提供了一种催化剂的应用，上述催化剂用于全氟聚醚裂解。具体为，所述裂解过程在300~400℃的条件下进行。

15、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

16、1、本发明所述催化剂中，将表面活性剂溶液和锰离子超声混合，使表面活性剂中的带电子基团与锰离子产生电子作用形成络合物，表面活性剂的空间效应对锰氧化物晶粒的堆积产生积极作用，对锰氧化物的物相形貌和织构性能产生影响。

17、2、本发明所述催化剂中，将还原剂引入锰氧化物的制备过程，在水热反应中可以使形成的锰的氢氧化物原位还原为具有缺陷的锰氧化物，这有助于其与助剂元素形成异质界面，存在晶格失配削弱金属-氧键稳定性，以及电子云密度变化有利于氧分子活化。

18、3、本发明所述催化剂中，以制备过程和变价助剂掺杂来优化锰基氧化物的活性氧中心，这对于全氟聚醚的吸附活化具有重要作用。本发明制备得到的锰基氧化物催化剂有较多的活性氧中心，在中低温时具有较好的全氟聚醚裂解性能。

技术特征：

1.一种用于全氟聚醚裂解的催化剂，其特征在于，所述催化剂以具有缺陷的锰氧化物作为载体，在其表面沉淀助剂元素，并使载体与助剂元素形成异质界面；其中，所述助剂元素为fe、co、ni、ce、cu中一种。

2.根据权利要求1所述用于全氟聚醚裂解的催化剂，其特征在于，所述催化剂通过如下方法制备获得：

3.根据权利要求2所述用于全氟聚醚裂解的催化剂，其特征在于，在步骤1中，所述锰盐为硝酸锰、醋酸锰、碳酸锰中的一种。

4.根据权利要求2所述用于全氟聚醚裂解的催化剂，其特征在于，在步骤1中，所述表面活性剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷、磺基琥珀酸盐中的一种。

5.根据权利要求2所述用于全氟聚醚裂解的催化剂，其特征在于，在步骤2中，所述碱性物质为氢氧化钠、尿素、碳酸铵中的一种。

6.根据权利要求2所述用于全氟聚醚裂解的催化剂，其特征在于，在步骤2中，还原性试剂为乙醇、乙二醇、甲醇中的一种。

7.根据权利要求2所述用于全氟聚醚裂解的催化剂，其特征在于，在步骤3中，所述碱性物质为氢氧化钠、尿素、碳酸铵中的一种。

8.根据权利要求2所述用于全氟聚醚裂解的催化剂，其特征在于，在步骤3中，所述含有助剂元素的盐为硝酸盐。

9.一种催化剂的应用，其特征在于，权利要求1~8任意所述催化剂用于全氟聚醚裂解。

10.根据权利要求9所述催化剂的应用，其特征在于，所述裂解过程在200~400℃的条件下进行。

技术总结本发明公开了一种用于全氟聚醚裂解的催化剂及其应用，所述催化剂以具有缺陷的锰氧化物作为载体，在其表面沉淀助剂元素，并使载体与助剂元素形成异质界面；其中，所述助剂元素为Fe、Co、Ni、Ce、Cu中一种。本发明所述催化剂具有较高的活性，可实现在中低温氧化条件下全氟聚醚的高效裂解。技术研发人员：梁艳丽,唐杨,马小燕,邹伟,郑汶江,颜杰受保护的技术使用者：四川轻化工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18