一种用于热催化降解甲醛的锰基催化剂及其制备方法

本发明涉及一种用于热催化降解甲醛的锰基催化剂，还涉及上述锰基催化剂的制备方法。

背景技术：

1、甲醛是一种对人体危害极大的室内污染物，广泛存在于室内装修，家居家具中，可以引发多种人类疾病，因此甲醛的清除技术成为了国内外众多研究人员的热门课题。目前常用的甲醛去除方法有催化氧化技术、低温等离子技术、吸附技术、光催化技术等。在众多技术中，催化氧化技术可以实现在常温下高效处理甲醛，且不会产生有害气体。目前催化氧化技术中使用的催化剂大体分为两种，一种是贵金属催化剂，一种是非贵金属催化剂。贵金属催化剂虽然具有高催化活性，但其成本高，且贵金属还有着烧结易聚集的问题。

2、四氧化三锰是一种极其常见的金属材料，广泛存在于自然界中，因其拥有较高的氧空位水平所以广泛应用于催化反应中，但因为其过渡金属的电子转移能力较弱，因此单纯的四氧化三锰催化剂并没有体现出高的催化活性。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的旨在提供一种用于热催化降解甲醛的锰基催化剂，该锰基催化剂在用于热催化降解甲醛过程中，具有良好的催化活性和催化稳定性；本发明另一目的旨在提供上述锰基催化剂的制备方法。

2、技术方案：本发明所述的用于热催化降解甲醛的锰基催化剂，由mn3o4和cr组成，cr原子均匀掺杂在四氧化三锰的晶格和分子骨架中。

3、上述锰基催化剂的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)往水中加入硝酸锰和硝酸铬，搅拌后得到相液a；

5、(2)往水中加入naoh和na2co3，搅拌后得到相液b；

6、(3)将相液a和相液b混合，在高温、持续搅拌下反应；反应后，将溶液离心，固体产物经洗涤、干燥处理；

7、(4)将干燥后的固体产物置于氢气环境下高温热处理，得到锰基催化剂。

8、其中，步骤(1)中，硝酸铬和硝酸锰的加入摩尔比为1～4：2。

9、其中，步骤(2)中，naoh和na2co3的加入摩尔比为3：7；naoh与硝酸锰的加入摩尔比为3：2。

10、其中，步骤(3)中，调节搅拌温度为65℃，持续搅拌不低于6h。

11、其中，步骤(3)中，相液a和相液b在混合过程中始终保持反应液的ph为10～10.5；滴加过程中，通过ph计持续检测混合液的ph值，若ph不在10～10.5之间，用酸或碱调节混合液的ph值。若ph不在10～10.5之间，则无法合成四氧化三锰。

12、其中，步骤(3)中，干燥温度为60℃，干燥时间为6～10h。

13、其中，步骤(4)中，热处理温度为250℃，热处理时间为3h。

14、上述锰基催化剂在热催化降解甲醛中的应用，具体为：甲醛浓度为250ppm，空速为30000h-1，反应温度为30℃，瞬间达到降解率100％。

15、有益效果：相比于现有技术，本发明具有如下显著的优点：(1)本发明采用铬对四氧化三锰进行掺杂改性，能够极大提升催化剂的比表面积，并构建大量的缺陷位点，从而有效提升催化剂的催化活性，本发明锰基催化剂具有良好催化活性的同时还具有良好的催化稳定性。(2)本发明通过一步法制备四氧化三锰催化剂，制备成本低，制备条件温和，操作方便，能够实现批量化生产。

技术特征：

1.一种用于热催化降解甲醛的锰基催化剂，其特征在于：由mn3o4和cr组成，cr原子均匀掺杂在四氧化三锰的晶格和分子骨架中。

2.权利要求1所述的锰基催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的锰基催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，硝酸铬和硝酸锰的加入摩尔比为1～4：2。

4.根据权利要求2所述的锰基催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，naoh和na2co3的加入摩尔比为3：7～7.5；naoh与硝酸锰的加入摩尔比为3：2～2.5。

5.根据权利要求2所述的锰基催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，调节搅拌温度为65～70℃，持续搅拌不低于6h。

6.根据权利要求2所述的锰基催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，相液a和相液b在混合过程中始终保持反应液的ph为10～10.5。

7.根据权利要求2所述的锰基催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，干燥温度为60～65℃，干燥时间为6～10h。

8.根据权利要求2所述的锰基催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，热处理温度为250～260℃，热处理时间为2.5～3h。

9.权利要求1所述的锰基催化剂在热催化降解甲醛中的应用，其特征在于，具体为：甲醛浓度为不高于250ppm，空速为30000h-1，反应温度为28～30℃。

技术总结本发明公开了一种用于热催化降解甲醛的锰基催化剂，由Mn<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;和Cr组成，Cr原子均匀掺杂在四氧化三锰的晶格和分子骨架中。本发明还公开了上述锰基催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)往水中加入硝酸锰和硝酸铬，搅拌后得到相液A；(2)往水中加入NaOH和Na<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;，搅拌后得到相液B；(3)将相液A和相液B混合，在高温、持续搅拌下反应；反应后，将溶液离心，固体产物经洗涤、干燥处理；(4)将干燥后的固体产物置于氢气环境下高温热处理，得到锰基催化剂。技术研发人员：杨艺轩,王旭裕,李菁受保护的技术使用者：江苏科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23