一种高性能改性铈钛基复合金属氧化物催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及低温去除cvocs催化剂领域，具体涉及一种高性能改性铈钛基复合金属氧化物催化剂及其制备方法和在低温去除cvocs中的应用。

背景技术：

1、随着工业的发展，大气污染日益凸显。vocs是一种常见的大气环境污染物，vocs是臭氧的重要前体物，会直接对人体的皮肤、呼吸系统产生不利影响，大多数vocs具有令人不适的特殊气味，并具有毒性、刺激性、致畸性和致癌作用。cvocs是vocs中特殊的一类，广泛存在于农业、制药、以及有机物合成行业之中，

2、由于cl原子的存在，它具有严重的毒性，生物累积性以及难以降解的特点，因此高效处理cvocs是处理vocs的重难点。目前在处理cvocs的方案中，催化氧化法因为处理效率高，能耗低，二次污染物较少的优点，是目前最具前景的cvocs处理技术。但是在催化处理cvocs的过程中，cl会占据催化剂的活性位点造成催化剂中毒、与中间产物再次反应生成多氯副产物。催化氧化法处理cvocs的关键就是开发活性高、稳定性强、低成本的催化剂。

3、ce基催化剂具有多种价态(ce3+、ce4+)，不同价态的转换过程中，存在电子转移的同时还伴随着氧空位的产生；ti基催化剂表面的羟基物种能够为cvocs提供大量的吸附位点。ce-ti复合氧化物催化剂由于具有良好的活性和稳定性，近年来成为cvocs催化燃烧的研究热点。铈钛基催化剂在催化cvocs已经取得的一定的效果，但是其由于缺少强氧化位点，催化剂的深度氧化能力还有提升的空间。金属cr成本较低，具有多种价态(cr6+、cr3+)，其中cr6+具有极强的氧化性，的过程能使其具有良好的储释氧能力，同时cr的掺杂能够使原催化剂产生晶格畸变，改变原催化剂的孔道结构，增加催化剂的比表面积，大比表面积能够为cvocs分子的吸附和氧化提供更多的位点，更有利于cvocs的高效去除。此外，几种金属元素的均匀分散是产生协同作用的重要基础。因此，开发出具备高比表面积、元素均匀分散、优良低温活性和深度氧化能力的催化剂对处理农业、制药、以及有机物合成行业之中的cvocs有着重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高性能改性铈钛基复合金属氧化物催化剂及其制备方法和应用。

2、本发明高性能改性铈钛基复合氧化物低温去除cvocs的催化剂，改性后的铈钛基催化剂具有丰富的孔道结构，高比表面和丰富的氧空位，在处理cvocs的过程中表现出优异的催化性能(在500ppm氯苯，10000ml g-1h-1的条件下，催化剂在220℃左右可以达到90％的去除效率)。此外，本催化剂使用的原料廉价易得，制备方法简单快捷，在cvocs催化氧化应用领域具有广阔的应用前景。

3、本发明的技术方案如下：

4、一种高性能改性铈钛基复合金属氧化物低温去除cvocs催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5、1)称取一定量钛酸四丁酯，乙酸和乙醇，混合均匀形成溶液a，用硝酸调节溶液a的ph；将一定量的六水硝酸铈和所需的硝酸盐溶解于乙醇和水的混合溶液中，形成溶液b；将溶液b缓慢倒入溶液a中，室温下搅拌1小时形成混合溶液c；

6、2)将溶液c在70～90℃(进一步优选80℃)的条件下蒸干成胶后，随后转移至干燥箱中干燥，之后将得到的固体移至马弗炉内，在空气氛围中煅烧3～5小时(优选4小时)，得到高性能改性铈钛基复合金属氧化物催化剂。

7、本发明通过溶胶凝胶的方法引入第三种金属对原有的铈钛复合氧化物催化剂进行掺杂改性，相关表征结果表明通过该方法合成的改性铈钛基催化剂三种元素分布均匀，呈现无定形结构，晶格缺陷较多，比表面积较大，孔道结构丰富，氧空位含量较多。因此在低温下催化氧化cvocs的性能较好。

8、步骤1)中，所述的钛酸四丁酯、乙醇和乙酸的质量比为7～9：24～28：1～3；进一步优选，所述的钛酸四丁酯，乙醇和乙酸的量分别为8.2克，26.1克和2.1克。

9、步骤1)中，用硝酸调节溶液的ph至2～3，进一步优选，用硝酸调节溶液的ph至2.5左右。

10、步骤1)中，所述的硝酸盐为九水硝酸铬。所述的九水硝酸铬、六水合硝酸铈与钛酸四丁酯的质量比为1.51～9.06：3.5～5.5：7～9。六水合硝酸铈的用量为4.48克。

11、步骤2)中，85℃～95℃干燥20～28小时，进一步优选，干燥24小时。

12、步骤2)中，在空气氛围中以1～3℃分钟升温至450～550℃煅烧，进一步优选，用马弗炉在空气氛围中以500℃温度煅烧；升温速率2℃/分钟。

13、所述的制备方法制备的高性能改性铈钛基复合金属氧化物低温去除cvocs催化剂在去除农业、制药、以及有机物合成行业尾气中cvocs中的应用。行业尾气中去除cvocs采用215～230℃(进一步优选为220～225℃)低温氧化反应。

14、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

15、一、该制备方法的原料廉价易得，制备方法简单，易于推广，可大规模使用。

16、二、该制备方法是一种普适性的改性铈钛基制备方法，可制备ceticr、cetimn等三元金属复合氧化物催化剂。

17、三、该方法所制备的改性铈钛基复合氧化物催化剂具有无定形结构、高比表面积、丰富的氧空位、金属元素分散均匀等优势，从而表现出了优异的低温cvocs催化氧化活性；另外，该方法制备的催化剂具有良好的稳定性。

技术特征：

1.一种高性能改性铈钛基复合金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高性能改性铈钛基复合金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的钛酸四丁酯、乙醇和乙酸的质量比为7～9：24～28：1～3；

3.根据权利要求1所述的高性能改性铈钛基复合金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的硝酸盐为九水硝酸铬。

4.根据权利要求3所述的高性能改性铈钛基复合金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的九水硝酸铬、六水合硝酸铈与钛酸四丁酯的质量比为1.51～9.06：3.5～5.5：7～9。

5.根据权利要求1所述的高性能改性铈钛基复合金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中，85℃～95℃干燥20～28小时。

6.根据权利要求1所述的高性能改性铈钛基复合金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中，在空气氛围中以450～550℃煅烧。

7.根据权利要求6所述的高性能改性铈钛基复合金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中，在空气氛围中以1～3℃分钟升温至450～550℃煅烧。

8.根据权利要求1～7任一项所述的制备方法制备的高性能改性铈钛基复合金属氧化物催化剂。

9.根据权利要求8所述的高性能改性铈钛基复合金属氧化物催化剂在在行业尾气中去除cvocs中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，行业尾气中去除cvocs采用210～230℃低温氧化反应。

技术总结
本发明公开了一种高性能改性铈钛基复合金属氧化物催化剂及其制备方法和低温去除CVOCs的应用。本发明通过溶胶凝胶的方法引入第三种金属对原有的铈钛复合氧化物催化剂进行掺杂改性，相关表征结果表明通过该方法合成的改性铈钛基催化剂三种元素分布均匀，呈现无定形结构，晶格缺陷较多，比表面积较大，孔道结构丰富，氧空位含量较多。因此在低温下催化氧化CVOCs的性能较好。本发明方法所用原料廉价易得，制备方法简便，易于推广。

技术研发人员：李素静,李昊,李伟,杨硕,张曼琳,齐子韬,高静
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/21