本發(fā)明屬于大氣污染物治理催化劑，尤其涉及一種ti基催化劑及其制備方法和應用。

背景技術(shù)：

1、vocs作為臭氧和pm2.5的重要前體物，成為大氣污染治理的重中之重，首次取代了so2成為考核各地大氣污染防治成效的重要指標。含氮揮發(fā)性有機物(nvocs)是典型的揮發(fā)性有機化合物之一，其是臭氧o3和pm2.5的重要前體物，可引起光化學煙霧，損害人體器官，包括眼睛、皮膚、肺、肝臟和神經(jīng)系統(tǒng)。其對生態(tài)環(huán)境和人類健康均造成了嚴重的危害，對其進行控制，對于促進生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善具有重要意義。

2、當前，控制nvocs的方法主要包含吸附法、催化氧化法、光催化分解法、生物降解法和等離子體法等，其中催化氧化法因具有安全高效、能耗低、操作溫度低、選擇性和凈化效率高等特點而被廣泛應用。用于nvocs催化氧化的催化劑主要分為貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑兩大類。貴金屬催化劑雖然具有較高的催化活性，但是其價格昂貴、熱穩(wěn)定性差、反應過程中易發(fā)生燒結(jié)和中毒，且no、no2、n2o等副產(chǎn)物過多。因此，開發(fā)出一種催化活性高、選擇性高、穩(wěn)定性高和價格低廉的非貴金屬低溫氧化催化劑是目前nvocs治理面臨的巨大挑戰(zhàn)。

3、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種一種ti基催化劑及其制備方法和應用，以解決上述問題。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明特采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種ti基催化劑的制備方法，包括：將活性組分前驅(qū)體通過浸漬法負載到ti基載體上，隨后經(jīng)過第一超聲處理、第一干燥、高溫熱處理，即得所述ti基催化劑；

4、所述ti基載體為tio2納米管；所述活性組分前驅(qū)體包括過渡金屬鹽和/或稀土金屬鹽；所述活性組分的金屬原子與所述ti基載體的ti原子的摩爾比為1：1～1：3；

5、金屬原子與ti原子的摩爾比過少，活性組分不足，導致催化活性偏低；金屬原子與ti原子的摩爾比過多，則活性組分在載體上不能很好地分散，聚集在一起，同樣會造成催化活性降低。

6、優(yōu)選地，所述過渡金屬鹽包括銅鹽或錳鹽中的任意一種；進一步優(yōu)選為硝酸銅、醋酸錳；

7、優(yōu)選地，所述稀土金屬鹽包括鈰鹽，進一步優(yōu)選為硝酸鈰；

8、可選的，所述第一超聲處理的頻率為40khz，時間為2～3h；所述第一干燥包括：于60～80℃烘箱中干燥10～12h，然后在100～110℃下干燥過夜；所述高溫熱處理包括：在空氣氣氛中，以5～10℃/min的速率升溫至350～450℃，處理2～4h；

9、所述tio2納米管的制備方法包括：

10、s1：將tio2溶解于一定濃度的堿液中，進行30～40min的第二超聲處理，得到混合溶液a；

11、s2：將s1所得的混合溶液a轉(zhuǎn)移到四氟乙烯反應釜中，以5～10℃/min升溫至130～150℃，保持36～48h，得到混合溶液b；

12、s3：將s2得到的混合溶液b過濾，過濾所得固體物用氧化性溶液在室溫下浸漬5～6h；所述固體物與所述氧化性溶液的固液比(g：ml)為1：10～1：12；

13、優(yōu)選地，所述氧化性溶液為2～3mol/l的h2o2溶液；

14、本申請優(yōu)選的氧化性溶液濃度能夠生成較多的ti-oh結(jié)構(gòu)；申請人通過研究發(fā)現(xiàn)，氧化性溶液濃度與ti-oh結(jié)構(gòu)的數(shù)量并不是簡單的線性關系，過高的氧化性溶液濃度不僅不能促進生成更多的ti-oh結(jié)構(gòu)，還會造成試劑的浪費和制備成本增大。ti-oh結(jié)構(gòu)的生成可以與dmf之間形成氫鍵，從而促進dmf在催化劑上的吸附，同時還進一步促進氧物種的流動反應，在催化劑表面形成更多的氧空位，促進氧氣的活化，從而促進dmf在催化劑表面的氧化降解。

15、s4：將s3經(jīng)過氧化性溶液處理的固體物依次使用去離子水和2mol/l的hcl溶液洗滌至中性，隨后于100～110℃的干燥箱中干燥36～48h，即得所述tio2納米管。

16、可選的，所述s1中的所述一定濃度為8～10mol/l；所述堿液包括naoh溶液；所述tio2與所述堿液的固液比(g：ml)為1：8～1：10。

17、本發(fā)明還提供一種由所述的制備方法制得的ti基催化劑，所述ti基催化劑由ti基載體和活性組分組成，所述ti基載體為tio2納米管，所述活性組分包括過渡金屬和/或稀土金屬；

18、所述ti基催化劑的比表面積為132.30-339.26cm2/g，孔容為0.492-1.415cm3/g，平均孔徑為14.9-17.6nm。

19、一種由所述的制備方法制得的ti基催化劑的應用，包括：將所述ti基催化劑用于nvocs催化氧化，反應條件為：將所述ti基催化劑裝入固定床反應器中，同時通入o2和dmf進行反應，反應空速控制在5000～100000h-1，反應溫度為80～400℃。

20、本發(fā)明的有益效果：

21、本發(fā)明以tio2納米管為載體，相較于傳統(tǒng)tio2納米管，通過進一步的氧化溶液處理后的tio2納米管表面可形成ti-oh結(jié)構(gòu)，增加催化劑表面酸性，從而增強與dmf的相互作用，促進dmf在催化劑上的吸附和氧化。此外，通過經(jīng)典的浸漬法制備催化劑，方法簡單可控，重復性高，具有很大的工業(yè)應用潛力。

22、本發(fā)明方法所制得的ti基催化劑，相較于常規(guī)催化劑，具有更大的比表面積、孔容和孔徑，比表面積可達339.26cm2/g，孔容為0.492-1.415cm3/g，平均孔徑為14.9-17.6nm，有利于污染物分子在催化劑表面的吸附和氧化及傳質(zhì)，因此具有更高的催化性能。

23、應用于nvocs的催化氧化，除了更高的催化性能之外，還呈現(xiàn)出較高的co2和n2選擇性，反應條件更加寬泛，適用于多種工況環(huán)境。

技術(shù)特征：

1.一種ti基催化劑的制備方法，其特征在于，包括：將活性組分前驅(qū)體通過浸漬法負載到ti基載體上，隨后經(jīng)過第一超聲處理、第一干燥、高溫熱處理，即得所述ti基催化劑；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述活性組分的金屬原子與所述ti基載體的ti原子的摩爾比為1：1～1：3。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述ti基載體為tio2納米管。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述tio2納米管的制備方法包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中，所述固體物與所述氧化性溶液的固液比(g：ml)為1：10～1：12。

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，所述氧化性溶液為2～3mol/l的h2o2溶液。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述tio2納米管的制備還滿足以下條件中的一個或多個：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述ti基催化劑的制備方法還滿足以下條件中的一個或多個：

9.一種由權(quán)利要求1-8任一項所述的制備方法制得的ti基催化劑，其特征在于，所述ti基催化劑由ti基載體和活性組分組成，所述ti基載體為tio2納米管，所述活性組分包括過渡金屬和/或稀土金屬；

10.一種由權(quán)利要求1-8任一項所述的制備方法制得的ti基催化劑的應用，其特征在于，包括：將所述ti基催化劑用于nvocs催化氧化，反應條件為：將所述ti基催化劑裝入固定床反應器中，同時通入o2和dmf進行反應，反應空速控制在5000～100000h-1，反應溫度為80～400℃。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種Ti基催化劑及其制備方法和應用，屬于大氣污染物治理催化劑技術(shù)領域。所述制備方法包括：將活性組分前驅(qū)體通過浸漬法負載到Ti基載體上，隨后經(jīng)過第一超聲處理、第一干燥、高溫熱處理；所述活性組分前驅(qū)體包括過渡金屬鹽和/或稀土金屬鹽。所述Ti基催化劑由所述的制備方法制得，由Ti基載體和活性組分組成，Ti基載體為TiO<subgt;2</subgt;納米管，活性組分包括過渡金屬和/或稀土金屬；將所述Ti基催化劑應用于NVOCs催化氧化，反應溫度為80～400℃。本發(fā)明提供的制備方法操作簡單、成本低、便于工業(yè)化推廣；所制得的催化劑比表面積大，應用于NVOCs催化氧化能有效提高CO<subgt;2</subgt;和N<subgt;2</subgt;選擇性，且反應溫度低，對NVOCs的凈化效率高。

技術(shù)研發(fā)人員：丁肖肖,黃張根,楊亞濤,曾澤泉,焦衛(wèi)紅
受保護的技術(shù)使用者：中國科學院山西煤炭化學研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6