一种负载石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋及其制备方法与应用

本发明属于环境催化领域，具体涉及一种负载石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋及其制备方法与应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、co已经成为六大标准大气污染物之一，其对于自然环境以及人类的身体健康的损害较大。日常生活和工业生产的很多方面都需要去除co，而去除co最有效的途径之一就是利用催化剂把co氧化为co2，目前催化剂已广泛应用于汽车尾气处理、工业烟气处理、燃料电池(pemfc)等领域中。

3、近年来，大量学者已经证明贵金属(au、pt、pd)基催化剂具有较高的催化活性，但是其高成本、易中毒失活的问题限制了贵金属基催化剂的长期应用。铜锰复合催化剂是非贵金属催化剂的一种，相比于目前已商业应用的贵金属基催化剂，具有成本低廉、稳定性好、抗中毒性强和容易再生的优点。

4、因此铜锰复合催化剂可作为贵金属催化剂的良好替代品，应用于co的催化氧化处理。然而，铜锰复合催化剂目前仍存在低温条件下co氧化效率低，耐湿性差问题。

5、为了提高催化剂的催化效果，科学家们通过将粉末催化剂或者是颗粒催化剂负载于各种载体表面，如炭黑、硅胶、耐火砖、硅藻土、分子筛、堇青石、陶瓷、布袋等。但是，传统的负载的方法如涂层法和水热生长法，存在着负载的催化剂易脱落、负载不均匀或者难以进行负载等问题。因此，如何实现应用于co的催化氧化的铜锰复合催化剂的高效负载也是亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明提供了一种负载石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋及其制备方法与应用。本发明提供的石墨烯改性的铜锰复合催化剂可以实现在低温条件下co的高效氧化，并且在高湿度环境下，仍能保持良好的催化性能。利用球磨、翻转震荡辅助浸渍技术将石墨烯改性的铜锰复合催化剂负载于涤纶布袋纤维表面及内部，解决了传统负载方法存在的催化剂易脱落、负载不均匀或者是难以进行负载等问题，同时负载石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋依旧能够保持低温条件下co的高效催化氧化以及良好的耐湿性能。

2、本发明的第一个方面，提供一种石墨烯改性的铜锰复合催化剂的制备方法，所述制备方法包括：

3、向氧化石墨烯悬浊液中加入高锰酸钾和二价锰盐，第一次搅拌均匀后，加入柠檬酸和二价铜盐，第二次搅拌均匀后，将混合溶液置于130～150℃的条件下，水热处理10～14h，反应完成后即得。

4、本发明的第二个方面，提供由上述制备方法制备的石墨烯改性的铜锰复合催化剂。

5、本发明的第三个方面，提供一种负载石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋制备方法，所述方法包括：

6、s1、将布袋置于无水乙醇溶液中进行超声处理，后进行烘干；将烘干后的布袋浸渍于naoh溶液中，处理一段时间；将浸渍后的布袋进行洗涤和烘干，得到预处理后的布袋；

7、s2、使用行星球磨机对上述石墨烯改性的铜锰复合催化剂进行研磨，研磨完成后，加入去离子水，制备石墨烯改性的铜锰复合催化剂悬浊液；

8、s3、将s1中预处理后的布袋以及s2中的石墨烯改性的铜锰复合催化剂悬浊液置于翻转式震荡器中，在40～50r/min的转速下震荡18～22h；震荡完成后，进行洗涤和干燥，即得石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋。

9、本发明的第四个方面，提供上述制备方法制备的负载石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋。

10、本发明的第五个方面，提供第二方面的石墨烯改性的铜锰复合催化剂或第四方面的负载石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋应用于工业环境中co的低温催化氧化。

11、本发明的第六个方面，提供第二方面的石墨烯改性的铜锰复合催化剂或第四方面的负载石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋应用于工业环境中co和甲苯的协同催化氧化中的应用。

12、本发明的有益效果：

13、(1)本发明提供的石墨烯改性的铜锰复合催化剂可以实现在低温条件下co的高效催化氧化，且在高湿度环境下，还能保持良好的催化性能。这主要是得益于：石墨烯较强的导电性促进了铜氧化物与锰氧化物之间的相互作用和电子转移，从而生成了较多的氧空位；其次，石墨烯较大的比表面积有利于改善铜锰复合催化剂的微观形貌和金属活性组分均匀分散性，因此在复合催化剂表面生成更多的吸附位点。此外，在水热过程中，氧化石墨烯分子的含氧基团键受热断裂，使得复合催化剂的亲水性能降低，因此具有良好的耐湿性能。

14、(2)本发明使用市售的涤纶除尘布袋作为催化剂布袋，涤纶除尘布袋具有较高的强度、耐磨性和较差的吸湿性，同时，市售涤纶材料连续使用温度约为120℃，瞬时使用温度为150℃，其温度适用范围满足烟气排放温度，但是由于涤纶为疏水材料，导致催化剂在涤纶织物上的负载具有较大难度。本发明通过行星球磨机对粉末铜锰复合催化剂进行处理，使其达到纳米级粒径，较小粒径的铜锰复合催化剂在翻转式震荡器的作用下，更容易被涤纶除尘布袋所吸附，涤纶除尘布袋在表面张力的作用下产生的毛细管压力，使石墨烯改性的铜锰复合催化剂渗透到毛细管内部，因此铜锰复合催化剂更加牢固的负载于涤纶除尘布袋上，解决了传统负载方法存在的负载的催化剂易脱落、负载不均匀或者是难以进行负载等问题。

15、(3)负载石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋，在干态的条件下，在90℃达到90％以上的转化率，在湿态条件(rh＝70％)下，在100℃达到90％以上的转化率，这说明负载石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋能够保持低温条件下co的高效催化以及良好的耐湿性能。

技术特征：

1.一种石墨烯改性的铜锰复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二价锰盐为mnso4·h2o、mncl2·4h2o或mn(ch3coo)2·4h2o中的一种，优选为mnso4·h2o；

3.权利要求1～2任一项所述的制备方法制备的石墨烯改性的铜锰复合催化剂。

4.一种负载石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋制备方法，其特征在于，所述方法包括：

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述布袋为涤纶除尘布袋；

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，研磨的条件为：转速为300～400r/min，研磨1.5～2.5h；优选为300r/min，研磨2h；

7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，在45r/min的转速下震荡20h；

8.权利要求4～8任一项所述的制备方法制备的负载石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋。

9.权利要求3所述的石墨烯改性的铜锰复合催化剂或权利要求8所述的负载石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋应用于工业环境中co的低温催化氧化。

10.权利要求3所述的石墨烯改性的铜锰复合催化剂或权利要求8所述的负载石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋应用于工业环境中co和甲苯的协同催化氧化中的应用。

技术总结
本发明属于环境催化领域，具体涉及一种负载石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋及其制备方法与应用。石墨烯改性的铜锰复合催化剂的制备方法为：向氧化石墨烯悬浮液中加入高锰酸钾和二价锰盐，第一次搅拌均匀后，加入柠檬酸和二价铜盐，第二次搅拌均匀后，将混合溶液置于130～150℃的条件下，水热处理10～14h，反应完成后即得。将石墨烯改性的铜锰复合催化剂负载于催化剂布袋上应用于工业环境中CO的低温催化氧化。负载石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋，在干态的条件下，在90℃达到90％以上的转化率，在湿态条件(RH＝70％)下，在100℃达到90％以上的转化率，这说明负载石墨烯改性的铜锰复合催化剂的催化剂布袋能够保持低温条件下CO的高效催化以及良好的耐湿性能。

技术研发人员：孙静,申亚芳,王子良,王文龙,宋占龙,赵希强,毛岩鹏
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15