一种用于废气净化的催化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及废气净化领域，具体涉及一种用于废气净化的催化剂及其制备方法。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)是造成光化学烟雾、雾霾和产生臭氧的重要前驱体之一，而挥发性有机污染物主要包括苯、甲苯、乙苯等。而VOCs的治理方法主要有吸附法、微生物法、光催化法、低温等离子法、催化燃烧法等，其中，催化燃烧法的去除率高、辅助设备费用较低、绿色无污染、安全性能高等优点，被广泛用于生产中。

其中，在去除挥发性有机物的过程中，复合金属催化剂得到的更加广泛的应用。Biemelt等人制备了以Cu

虽然现有技术中复合氧化物表现出了优异的催化活性，但是在处理VOCs时起燃温度仍比较高，催化活性总体上仍比贵金属低，基于上述情况，急需开发一种新的催化剂能够显著降低起燃温度，而且具有优异的催化活性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于废气净化的催化剂及其制备方法。所述催化剂为活性组分为钐(Sm)和铒(Er)共掺杂的CuFe

本发明采用以下技术方案：

一种用于废气净化的催化剂，所述催化剂为活性组分为钐(Sm)和铒(Er)共掺杂的CuFe

优选的，所述氧化铈的比表面积为182～193m

本发明提供上述催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)按CuFe

(2)按照摩尔比n(金属离子):n(柠檬酸)＝1:1，将柠檬酸溶于去离子水，形成柠檬酸前驱溶液B；

(3)将溶液B缓慢加入溶液A中，用碱液调pH至中性，并在70～80℃下持续搅拌至溶液呈溶胶状态；

(4)将氧化铈添加到上述溶胶中，继续搅拌2～4h；然后溶胶老化10～14h，使其形成凝胶，然后干燥，形成干凝胶；放入马弗炉中进行焙烧，自然冷却至室温，得到催化剂。

优选的，在步骤(3)中，所述碱液为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或多种。

优选的，在步骤(3)中，搅拌转速为100～200rpm，搅拌时间为3～9h。

优选的，在步骤(4)中，所述干燥为于120～160℃下干燥14～16h；所述焙烧为于280～320℃下焙烧4～6h，随后于550～600℃焙烧3～5h。

优选的，在步骤(4)中，所述氧化铈的制备方法包括以下步骤：将铈盐溶于去离子水中配成0.1～0.4mol/L溶液；将溶液置于50～60℃恒温水浴锅中，在搅拌状态下，匀速的向溶液滴加沉淀剂形成沉淀；经过6～8h的老化后，过滤、洗涤，置于马弗炉中在620～660℃下焙烧3～5h。

优选的，所述铈盐为硝酸铈、醋酸铈或氯化铈。

优选的，所述沉淀剂为尿素、氨水、碳酸铵中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

1)通过采用沉淀法制备高比表面积的氧化铈载体，氧化铈不仅起到载体的作用，而且氧化铈本身具有优异的储氧能力和氧化还原性能，其与活性组分的之间相互促进，由于两者之间的协同作用，显著提高了催化剂的催化活性。

2)通过采用溶胶凝胶法制备Sm和Er共掺杂CuFe

3)本发明的制备方法工艺简单，操作简便，节省了人力和设备成本，制备的催化剂有效降低了T

综上所述，本发明制备的用于废气净化的催化剂，由于元素掺杂以及载体与活性组分之间的协同作用，使得催化剂具有优异的催化燃烧性能。

下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种用于废气净化的催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)按CuFe

(2)将1mol柠檬酸溶于50mL去离子水，形成柠檬酸前驱溶液B；

(3)将溶液B缓慢加入溶液A中，用氨水调pH至中性，并在75℃下持续搅拌至溶液呈溶胶状态；其中，搅拌转速为150rpm，搅拌时间为6h；

(4)将氧化铈添加到上述溶胶中，继续搅拌3h；然后溶胶老化12h，使其形成凝胶，然后于140℃下干燥15h，形成干凝胶；放入马弗炉中于300℃下焙烧5h，随后于580℃焙烧4h，自然冷却至室温，得到催化剂。其中CuFe

其中，所述氧化铈的制备方法包括以下步骤：将硝酸铈溶于去离子水中配成0.3mol/L溶液；将溶液置于55℃恒温水浴锅中，在搅拌状态下，匀速的向溶液滴加尿素形成沉淀；经过7h的老化后，过滤、洗涤，置于马弗炉中在640℃下焙烧4h。所述氧化铈的比表面积为193m

实施例2

一种用于废气净化的催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)按CuFe

(2)将1mol柠檬酸溶于50mL去离子水，形成柠檬酸前驱溶液B；

(3)将溶液B缓慢加入溶液A中，用氢氧化钠溶液调pH至中性，并在80℃下持续搅拌至溶液呈溶胶状态；搅拌转速为200rpm，搅拌时间为3h；

(4)将氧化铈添加到上述溶胶中，继续搅拌4h；然后溶胶老化10h，使其形成凝胶，然后于160℃下干燥14h，形成干凝胶；放入马弗炉中于320℃下焙烧4h，随后于600℃焙烧3h，自然冷却至室温，得到催化剂。所述CuFe

其中，所述氧化铈的制备方法包括以下步骤：将硝酸铈溶于去离子水中配成0.3mol/L溶液；将溶液置于55℃恒温水浴锅中，在搅拌状态下，匀速的向溶液滴加氨水形成沉淀；经过7h的老化后，过滤、洗涤，置于马弗炉中在640℃下焙烧4h。所述氧化铈的比表面积为182m

实施例3

一种用于废气净化的催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)按CuFe

(2)将1mol柠檬酸溶于50mL去离子水，形成柠檬酸前驱溶液B；

(3)将溶液B缓慢加入溶液A中，用碳酸钠溶液调pH至中性，并在70℃下持续搅拌至溶液呈溶胶状态；搅拌转速为100rpm，搅拌时间为9h；

(4)将氧化铈添加到上述溶胶中，继续搅拌2h；然后溶胶老化14h，使其形成凝胶，然后于120℃下干燥16h，形成干凝胶；放入马弗炉中于280℃下焙烧6h，随后于550℃焙烧5h，自然冷却至室温，得到催化剂。所述CuFe

其中，所述氧化铈的制备方法包括以下步骤：将硝酸铈溶于去离子水中配成0.3mol/L溶液；将溶液置于55℃恒温水浴锅中，在搅拌状态下，匀速的向溶液滴加碳酸铵形成沉淀；经过7h的老化后，过滤、洗涤，置于马弗炉中在640℃下焙烧4h；所述氧化铈的比表面积为190m

对比例1

一种用于废气净化的催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)按CuFe

(2)将1mol柠檬酸溶于50mL去离子水，形成柠檬酸前驱溶液B；

(3)将溶液B缓慢加入溶液A中，用氨水调pH至中性，并在75℃下持续搅拌至溶液呈溶胶状态；其中，搅拌转速为150rpm，搅拌时间为6h；

(4)将氧化铈添加到上述溶胶中，继续搅拌3h；然后溶胶老化12h，使其形成凝胶，然后于140℃下干燥15h，形成干凝胶；放入马弗炉中于300℃下焙烧5h，随后于580℃焙烧4h，自然冷却至室温，得到催化剂。其中CuFe

其中，所述氧化铈的制备方法包括以下步骤：将硝酸铈溶于去离子水中配成0.3mol/L溶液；将溶液置于55℃恒温水浴锅中，在搅拌状态下，匀速的向溶液滴加尿素形成沉淀；经过7h的老化后，过滤、洗涤，置于马弗炉中在640℃下焙烧4h。所述氧化铈的比表面积为193m

对比例2

一种用于废气净化的催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)按CuFe

(2)将1mol柠檬酸溶于50mL去离子水，形成柠檬酸前驱溶液B；

(3)将溶液B缓慢加入溶液A中，用氨水调pH至中性，并在75℃下持续搅拌至溶液呈溶胶状态；其中，搅拌转速为150rpm，搅拌时间为6h；

(4)将氧化铈添加到上述溶胶中，继续搅拌3h；然后溶胶老化12h，使其形成凝胶，然后于140℃下干燥15h，形成干凝胶；放入马弗炉中于300℃下焙烧5h，随后于580℃焙烧4h，自然冷却至室温，得到催化剂。其中CuFe

其中，所述氧化铈的制备方法包括以下步骤：将硝酸铈溶于去离子水中配成0.3mol/L溶液；将溶液置于55℃恒温水浴锅中，在搅拌状态下，匀速的向溶液滴加尿素形成沉淀；经过7h的老化后，过滤、洗涤，置于马弗炉中在640℃下焙烧4h。所述氧化铈的比表面积为193m

对比例3

一种用于废气净化的催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)按CuFe

(2)将1mol柠檬酸溶于50mL去离子水，形成柠檬酸前驱溶液B；

(3)将溶液B缓慢加入溶液A中，用氨水调pH至中性，并在75℃下持续搅拌至溶液呈溶胶状态；其中，搅拌转速为150rpm，搅拌时间为6h；

(4)将氧化铈添加到上述溶胶中，继续搅拌3h；然后溶胶老化12h，使其形成凝胶，然后于140℃下干燥15h，形成干凝胶；放入马弗炉中于300℃下焙烧5h，随后于580℃焙烧4h，自然冷却至室温，得到催化剂。其中CuFe

其中，所述氧化铈的制备方法包括以下步骤：将硝酸铈溶于去离子水中配成0.3mol/L溶液；将溶液置于55℃恒温水浴锅中，在搅拌状态下，匀速的向溶液滴加尿素形成沉淀；经过7h的老化后，过滤、洗涤，置于马弗炉中在640℃下焙烧4h。所述氧化铈的比表面积为193m

对比例4

一种用于废气净化的催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)按CuFe

(2)将1mol柠檬酸溶于50mL去离子水，形成柠檬酸前驱溶液B；

(3)将溶液B缓慢加入溶液A中，用氨水调pH至中性，并在75℃下持续搅拌至溶液呈溶胶状态；其中，搅拌转速为150rpm，搅拌时间为6h；

(4)将上述溶胶继续搅拌3h；然后溶胶老化12h，使其形成凝胶，然后于140℃下干燥15h，形成干凝胶；放入马弗炉中于300℃下焙烧5h，随后于580℃焙烧4h，自然冷却至室温，得到CuFe

对比例5

一种用于废气净化的催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

氧化铈的制备方法包括以下步骤：将硝酸铈溶于去离子水中配成0.3mol/L溶液；将溶液置于55℃恒温水浴锅中，在搅拌状态下，匀速的向溶液滴加尿素形成沉淀；经过7h的老化后，过滤、洗涤，置于马弗炉中在640℃下焙烧4h。所述氧化铈的比表面积为193m

对比例6

一种用于废气净化的催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)按CuFe

(2)将1mol柠檬酸溶于50mL去离子水，形成柠檬酸前驱溶液B；

(3)将溶液B缓慢加入溶液A中，用氨水调pH至中性，并在75℃下持续搅拌至溶液呈溶胶状态；其中，搅拌转速为150rpm，搅拌时间为6h；

(4)将氧化铈添加到上述溶胶中，继续搅拌3h；然后溶胶老化12h，使其形成凝胶，然后于140℃下干燥15h，形成干凝胶；放入马弗炉中于300℃下焙烧5h，随后于580℃焙烧4h，自然冷却至室温，得到催化剂。其中CuFe

其中，所述氧化铈的制备方法包括以下步骤：将硝酸铈溶于去离子水中配成0.3mol/L溶液；将溶液置于55℃恒温水浴锅中，在搅拌状态下，匀速的向溶液滴加氨水形成沉淀；经过7h的老化后，过滤、洗涤，置于马弗炉中在640℃下焙烧4h。所述氧化铈的比表面积为182m

对比例7

一种用于废气净化的催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)按CuFe

(2)将1mol柠檬酸溶于50mL去离子水，形成柠檬酸前驱溶液B；

(3)将溶液B缓慢加入溶液A中，用氨水调pH至中性，并在75℃下持续搅拌至溶液呈溶胶状态；其中，搅拌转速为150rpm，搅拌时间为6h；

(4)将氧化铈添加到上述溶胶中，继续搅拌3h；然后溶胶老化12h，使其形成凝胶，然后于140℃下干燥15h，形成干凝胶；放入马弗炉中于300℃下焙烧5h，随后于580℃焙烧4h，自然冷却至室温，得到催化剂。其中CuFe

其中，所述氧化铈的制备方法包括以下步骤：将硝酸铈溶于去离子水中配成0.3mol/L溶液；将溶液置于55℃恒温水浴锅中，在搅拌状态下，匀速的向溶液滴加碳酸铵形成沉淀；经过7h的老化后，过滤、洗涤，置于马弗炉中在640℃下焙烧4h；所述氧化铈的比表面积为190m

将实施例1-3和对比例1-7用于催化燃烧VOCs。具体方法如下：

VOCs(苯、甲苯、乙苯)的催化燃烧反应在固定床反应器上进行，反应管内径为10mm，其中催化剂的装填量为200mg。使用气相色谱仪在线分析反应前后VOCs的浓度，以此计算VOCs的转化率。反应中原料气的组成为0.3％VOCs(苯、甲苯、乙苯)+空气，常压，和原料气的流量调节反应的空速(GHSV)为6000mL/(h·g)。具体测试结果见表1：

表1实施例1-3和对比例1-7测试结果

通过上述实施例1-3与对比例1-7的对比可以发现，本申请的催化剂对VOCs具有优异的催化燃烧性能，对废气具有很好的净化能力，而且由于通过钐和铒的共掺杂以及与载体的复合，显著提高了催化剂的对VOCs的净化能力，因而本申请的催化剂是净化VOCs的理想材料。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。