一种铈锰二元金属氧化物催化剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及催化剂，特别涉及一种铈锰二元金属氧化物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、挥发性有机化合物(vocs)是一系列参与大气光化学反应的碳基化合物，来源广泛，种类繁多，并且对人体健康和生态环境具有重大威胁。其中，苯系物因其自身的“三致”作用(致癌、致畸、致突变)会对人体产生更大的危害。因此，寻找合适的策略减少vocs排放量至关重要。目前，vocs处理技术主要分为两大类：一类是控制性技术，包括吸附法、吸收法、冷凝法和膜分离法等；另一类是破坏性技术，包括直接燃烧法、催化降解法、生物降解法和等离子技术等。其中，催化降解法能够将vocs完全转化为二氧化碳和水，具有效率高、耗能低和无二次污染等优势。因此，合适的催化剂选择对于进一步提高vocs降解效率具有重要的意义。目前，常用的vocs催化剂主要分为两种：一种是贵金属催化剂，催化效率高但具有成本高、易毒化的缺点；另一种是过渡金属氧化物催化剂，虽然催化效果不及贵金属催化剂，但成本低、稳定性好，利于商业化应用。其中，锰氧化物价态丰富、晶型多样、形貌多变，具有优异的vocs降解性能。同时，氧化铈具有优异的储氧能力，可以产生更多的氧空位，有利于提高对vocs的催化降解性能。因此，锰氧化物与氧化铈复合对vocs催化降解具有积极作用。同时，不同比例、不同制备方法、不同原材料等均会对催化剂的催化性能有所影响。

2、目前，制备铈锰氧化物的方法主要有共沉淀法、水热法、溶胶凝胶法。这些制备方法存在方法过于复杂、成本较高，不利于工业化生产的问题。如水热法、溶胶凝胶法需要利用高温高压设备，存在设备成本高、运行费用高等劣势，同时需要耗费大量时间；而共沉淀法，如专利cn108435160a中所报道，产物仍然需要经过焙烧获得。同时，目前制备的铈锰氧化物对甲苯的催化效果不佳，如专利cn113198459a报道制备的铈锰氧化物对甲苯的转化效率达到90％时对应的反应温度为306℃，即t90＝306℃。

3、因此，开发一种容易制备，且对甲苯具有更高催化效果的铈锰二元金属氧化物催化剂，是十分有必要的。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本发明的目的之一在于提出一种铈锰二元金属氧化物催化剂，该铈锰二元金属氧化物催化剂对甲苯的转化效率达到90％时对应的反应温度小于250℃，通过简单的氧化还原反应一步合成。

3、本发明的目的之二在于提出一种上述铈锰二元金属氧化物催化剂的制备方法。

4、本发明的目的之三在于提出一种上述铈锰二元金属氧化物催化剂在挥发性有机化合物催化降解中的应用。

5、本发明的目的之四在于提出一种含有上述铈锰二元金属氧化物催化剂的家用电器。

6、根据本发明的第一方面实施方式的铈锰二元金属氧化物催化剂，所述铈锰二元金属氧化物催化剂的化学组成如下：cemnaox，其中a的范围为1～20，x的范围为4～42；所述铈锰二元金属氧化物催化剂的比表面积≥100m2/g。

7、根据本发明实施方式的铈锰二元金属氧化物催化剂，至少具有如下有益效果：本发明的铈锰二元金属氧化物催化剂具有比表面积高，催化活性高的特点，对甲苯表现出优异的催化降解性能。

8、根据本发明的一些实施方式，所述铈锰二元金属氧化物催化剂的孔径为2-50nm。

9、根据本发明的一些实施方式，所述铈锰二元金属氧化物催化剂的比表面积为100-300m2/g。

10、根据本发明的一些实施方式，所述铈锰二元金属氧化物催化剂的比表面积为100-150m2/g。

11、根据本发明的一些实施方式，所述铈锰二元金属氧化物催化剂包括mno2和ceo2的复合氧化物。

12、根据本发明的一些实施方式，所述a的范围为1～5，x的范围为4～12。

13、根据本发明的一些实施方式，所述a的范围为2～3，x的范围为6～8。

14、根据本发明的一些实施方式，所述铈锰二元金属氧化物催化剂在210℃范围内，对于浓度1000 -2000ppm、空速为20000-30000ml/(g h)的甲苯，其降解效率大于90％。

15、根据本发明的一些实施方式，所述铈锰二元金属氧化物催化剂在205℃，对于浓度1000ppm、空速为24000ml/(g h)的甲苯，其降解效率为90％。

16、根据本发明的第二方面实施方式，提供了本发明上述第一方面实施方式铈锰二元金属氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：

17、将铈盐与锰源、溶剂混合，进行氧化还原反应，得到铈锰二元金属氧化物催化剂；

18、所述锰源包括高锰酸盐，或者是高锰酸盐与化合价<+7价的锰盐；所述氧化还原反应的温度为50～100℃，时间为6～24h。

19、根据本发明实施方式的铈锰二元金属氧化物催化剂的制备方法，至少具有如下有益效果：本发明通过简单的氧化还原反应一步合成铈锰二元金属氧化物催化剂，相比现有技术更加简便，不需要高温高压设备，操作安全，成本低，不需要制备前驱体，也不需要后期煅烧，易于工业化大批量生产，同时得到的催化剂具有比表面积高，催化活性高的特点，对甲苯表现出优异的催化降解性能。

20、根据本发明的一些实施方式，所述氧化还原反应采用水浴加热，所述氧化还原反应的温度为60～80℃。

21、根据本发明的一些实施方式，所述氧化还原反应的时间为8～24h。

22、根据本发明的一些实施方式，所述氧化还原反应的时间为8-12h。

23、根据本发明的一些实施方式，所述铈盐包括硫酸铈、硝酸铈、乙酸铈、氯化铈中的至少一种；或者，

24、所述高锰酸盐包括高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸钙中的至少一种；或者，

25、所述化合价<+7价的锰盐包括硫酸锰、硝酸锰、乙酸锰、氯化锰中的至少一种。

26、根据本发明的一些实施方式，在所述氧化还原反应过程中，以300～3000rpm的速度进行搅拌。

27、根据本发明的一些实施方式，在所述氧化还原反应过程中，以500～1500rpm的速度进行搅拌。

28、根据本发明的一些实施方式，在所述氧化还原反应完成后，还包括对反应物进行固液分离，水洗和烘干的步骤，所述烘干的温度为80～200℃，所述烘干的时间为4～48h。

29、根据本发明的一些实施方式，所述固液分离的设备包括真空抽滤机、高速离心机、板框机中的一种。

30、根据本发明的一些实施方式，所述烘干的温度为100～150℃。

31、根据本发明的一些实施方式，所述烘干的时间为6～12h。

32、根据本发明的一些实施方式，烘干处理后得到的铈锰二元金属氧化物催化剂为粉体状铈锰二元金属氧化物催化剂。

33、根据本发明的一些实施方式，溶剂为水。

34、根据本发明的第三方面实施方式，提供本发明上述第一方面实施方式铈锰二元金属氧化物催化剂在挥发性有机化合物催化降解中的应用。

35、将铈锰二元金属氧化物催化剂应用在挥发性有机化合物催化降解中至少具有如下有益效果：能够在相对较低的温度下高效催化降解挥发性有机化合物，特别是高效催化降解甲苯，具有更广阔的应用前景和良好的经济效益。

36、根据本发明的第四方面实施方式，提供一种家用电器，所述家用电器含有本发明上述第一方面实施方式的铈锰二元金属氧化物催化剂。

37、根据本发明实施方式的家用电器至少具有如下有益效果：本发明的家用电器，由于其中含有本发明的铈锰二元金属氧化物催化剂，可以高效催化降解空气中的甲苯等vocs。

38、根据本发明的一些实施方式，所述家用电器包括取暖器、暖风扇、电烤箱、空气炸锅、空调或空气净化器。

39、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。