一種用于處理廢氣的負載型氧化鋯催化劑的制備方法
【專利摘要】本發明公開一種用于處理廢氣的負載型氧化鋯催化劑的制備方法。依次包括如下步驟:將膨潤土加入到八烷基三甲基溴化銨溶液中,在恒溫攪拌、老化、離心分離,得到八烷基三甲基溴化銨改性的膨潤土固體;將(3?氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和四氯化鋯按1:1:1(摩爾比)的量加入到乙醇中形成溶液,加入八烷基三甲基溴化銨改性的膨潤土固體,攪拌、沉淀分離,形成含鋯有機配合物柱撐膨潤土;含產物置于管式爐中,在通氮氣的情況下,焙燒,再通入空氣,最后繼續通氮氣,然后停止加熱冷卻至室溫,得到氧化硅柱撐的膨潤土基多孔材料負載氧化鋯催化劑。留下碳和硅等元素,形成多孔材料,保留的碳質成為碳摻雜氧化鋯,提高了氧化鋯的催化能力。
【專利說明】
一種用于處理廢氣的負載型氧化鋯催化劑的制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于處理廢氣的負載型氧化鋯催化劑的制備方法,屬于催化材料制備領域。【背景技術】
[0002]納米材料因其獨特的性能而備受矚目,特別是氧化物納米材料更是因為其催化效果好、光電特性優良而備受重視,由于納米催化劑表面極大,與反應物的接觸面就大,可以大大提高其催化效果。
[0003]氧化鋯(Zr02)是一種耐高溫、耐腐蝕的無機非金屬材料,具有良好的穩定性。但是它的禁帶很寬,光催化活性較低。研究報道摻雜異種金屬可以改變二氧化鈦的禁帶寬度,從而使之在可見光區有響應,并大大提高了二氧化鈦的活性。利用相同的原理,也可以減小二氧化鋯的禁帶寬度,提高其催化活性。
[0004]在氧化鋯納米微粒的制備方法上,利用納米材料制備中常用的水熱分解法、共沉淀法、高溫噴射法、強壓水解法、溶膠凝膠法以及氣體前驅反應都可以制備出較好的納米氧化鋯微粒。但要制備納米顆粒氧化鋯需要更加復雜的工藝。另外,由于納米材料本身固有的缺陷,比如易團聚等大大影響了納米材料的應用。因此需要將其負載于載體表面以獲得最佳的使用效果。
[0005]膨潤土是以蒙脫石(Montmorillonite)為主要礦物的粘土巖。蒙脫石是一種含水的層狀鋁硅酸鹽礦物,由兩個硅氧四面體中間夾一個鋁(鎂)氧(氫氧)八面體組成,屬于2:1 型的三層粘土礦物。晶層間距離為0.96?2.14nm,這些納米片層團聚在一起,形成幾百納米到幾微米的粘土顆粒。膨潤土有很強的陽離子交換能力,在一定的物理-化學條件下,Ca2+、 Mg2+、Na+、K+、Fe2+、CU2+等可相互交換。該材料便宜廉價,在中國的儲量排世界第一,是一種比較好的載體材料。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是為克服現有技術載體價格高、活性低等不足,提供一種用于處理廢氣的負載型氧化鋯催化劑的制備方法。
[0007]本發明采用的技術方案是依次包括如下步驟:
[0008]1)按照每克膨潤土對應0.5?0.8mmol八烷基三甲基溴化銨的量,將過20-50目篩的膨潤土加入到質量百分比濃度為0.1 %?1 %的八烷基三甲基溴化銨溶液中,在60?70°C 恒溫水浴中攪拌5?6h,老化12?24h,離心分離,去掉上清液,得到八烷基三甲基溴化銨改性的膨潤土固體;
[0009]2)將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和四氯化鋯按1:1:1 (摩爾比)的量各2? 4mol加入到20?40mL乙醇中形成溶液,在20?35°C下反應6?8h,加入八烷基三甲基溴化銨改性的膨潤土固體,攪拌2?4h、沉淀分離,反應生成的含鋯有機配合物在分配作用下,插入膨潤土層間,形成含鋯有機配合物柱撐膨潤土;
[0010]3)將含鋯有機配合物柱撐膨潤土置于管式爐中,在通氮氣的情況下,400?550°C 焙燒1?2h,再將氮氣換為空氣持續10?40s,之后繼續通入氮氣3?4h,然后停止加熱冷卻至室溫,其中的部分碳氮等元素轉化為氣體溢出,形成孔道,得到用于處理廢氣的負載型氧化鋯催化劑的制備方法。
[0011]本發明的優點是:
[0012](1)將鋯離子和有機物形成配合物,再利用有機膨潤土對有機物的吸附效應,將鋯元素均勻分布于膨潤土層間。
[0013](2)將含硅有機物和鋯原子配合,插入膨潤土層間,再經過高溫煅燒,去除部分碳元素,留下碳和硅等元素,形成多孔材料,保留的碳質成為碳摻雜氧化鋯,提高了氧化鋯的催化能力。
[0014](3)利用膨潤土層狀結構,在膨潤土層間插入硅元素,經過煅燒之后,硅元素形成氧化硅和負載的氧化鋯一起形成柱撐,使整個結構為三維立體孔道結構。【具體實施方式】
[0015]以下進一步提供本發明的3個實施例:
[0016]實施例1[〇〇17] 按照每克膨潤土對應0.8mmol八烷基三甲基溴化銨的量,將過50目篩的膨潤土加入到質量百分比濃度為1 %的八烷基三甲基溴化銨溶液中,在70 °C恒溫水浴中攪拌6h,老化 24h,離心分離,去掉上清液,得到八烷基三甲基溴化銨改性的膨潤土固體;將(3-氨基丙基) 三乙氧基硅烷、水楊醛和四氯化鋯按1:1:1 (摩爾比)的量各4mo 1加入到40mL乙醇中形成溶液,在35°C下反應8h,加入八烷基三甲基溴化銨改性的膨潤土固體,攪拌4h、沉淀分離,反應生成的含鋯有機配合物在分配作用下,插入膨潤土層間,形成含鋯有機配合物柱撐膨潤土; 將含鋯有機配合物柱撐膨潤土置于管式爐中,在通氮氣的情況下,400°C焙燒2h,再將氮氣換為空氣持續l〇s,之后繼續通入氮氣3h,然后停止加熱冷卻至室溫,其中的部分碳氮等元素轉化為氣體溢出,形成孔道,得到用于處理廢氣的負載型氧化鋯催化劑的制備方法。
[0018]采用U形管(內徑4mm)連續流動反應評價裝置,稱量100mg合成得到的膨潤土基多孔材料負載氧化錯催化劑放置管中,調節空氣的流速為2 5 m L / m i n,空氣流動帶動甲醛氣體進入U形管反應器中,每小時流過每升催化劑的氣體體積(即空速)為60001T1。在30°C條件下,該催化劑降解濃度為300ppm的甲醛氣體,降解率為78%。
[0019]實施例2
[0020]按照每克膨潤土對應0.5mmol八烷基三甲基溴化銨的量,將過20目篩的膨潤土加入到質量百分比濃度為〇.1 %的八烷基三甲基溴化銨溶液中,在60°C恒溫水浴中攪拌5h,老化12h,離心分離,去掉上清液,得到八烷基三甲基溴化銨改性的膨潤土固體;將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和四氯化鋯按1:1:1 (摩爾比)的量各2mo 1加入到20mL乙醇中形成溶液,在20°C下反應6h,加入八烷基三甲基溴化銨改性的膨潤土固體,攪拌2h、沉淀分離,反應生成的含鋯有機配合物在分配作用下,插入膨潤土層間,形成含鋯有機配合物柱撐膨潤土;將含鋯有機配合物柱撐膨潤土置于管式爐中,在通氮氣的情況下,550°C焙燒lh,再將氮氣換為空氣持續40s,之后繼續通入氮氣4h,然后停止加熱冷卻至室溫,其中的部分碳氮等元素轉化為氣體溢出,形成孔道,得到用于處理廢氣的負載型氧化鋯催化劑的制備方法。
[0021]采用U形管(內徑4mm)連續流動反應評價裝置,稱量lOOmg合成得到的膨潤土基多孔材料負載氧化錯催化劑放置管中,調節空氣的流速為2 5 m L / m i n,空氣流動帶動甲醛氣體進入U形管反應器中,每小時流過每升催化劑的氣體體積(即空速)為60001T1。在30°C條件下,該催化劑降解濃度為300ppm的甲醛氣體,降解率為82%。[〇〇22] 實施例3[〇〇23] 按照每克膨潤土對應0.6mmol八烷基三甲基溴化銨的量,將過30目篩的膨潤土加入到質量百分比濃度為1 %的八烷基三甲基溴化銨溶液中,在70 °C恒溫水浴中攪拌6h,老化 24h,離心分離,去掉上清液,得到八烷基三甲基溴化銨改性的膨潤土固體;將(3-氨基丙基) 三乙氧基硅烷、水楊醛和四氯化鋯按1:1:1 (摩爾比)的量各3mo 1加入到30mL乙醇中形成溶液,在35°C下反應8h,加入八烷基三甲基溴化銨改性的膨潤土固體,攪拌3h、沉淀分離,反應生成的含鋯有機配合物在分配作用下,插入膨潤土層間,形成含鋯有機配合物柱撐膨潤土; 將含鋯有機配合物柱撐膨潤土置于管式爐中,在通氮氣的情況下,500°C焙燒2h,再將氮氣換為空氣持續30s,之后繼續通入氮氣4h,然后停止加熱冷卻至室溫,其中的部分碳氮等元素轉化為氣體溢出,形成孔道,得到用于處理廢氣的負載型氧化鋯催化劑的制備方法。 [〇〇24]采用U形管(內徑4mm)連續流動反應評價裝置,稱量lOOmg合成得到的膨潤土基多孔材料負載氧化錯催化劑放置管中,調節空氣的流速為2 5 m L / m i n,空氣流動帶動甲醛氣體進入U形管反應器中,每小時流過每升催化劑的氣體體積(即空速)為60001T1。在30°C條件下,該催化劑降解濃度為300ppm的甲醛氣體,降解率為85%。
【主權項】
1.一種用于處理廢氣的負載型氧化鋯催化劑的制備方法,其特征是依次包括如下步 驟:1)按照每克膨潤土對應0.5?0.8mmol八烷基三甲基溴化銨的量,將過20-50目篩的膨 潤土加入到質量百分比濃度為0.1 %?1 %的八烷基三甲基溴化銨溶液中,在60?70°C恒溫 水浴中攪拌5?6h,老化12?24h,離心分離,去掉上清液,得到八烷基三甲基溴化銨改性的 膨潤土固體;2)將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和四氯化鋯按1:1:1 (摩爾比)的量各2?4mo 1 加入到20?40mL乙醇中形成溶液,在20?35 °C下反應6?8h,加入八烷基三甲基溴化銨改性 的膨潤土固體,攪拌2?4h、沉淀分離,反應生成的含鋯有機配合物在分配作用下,插入膨潤 土層間,形成含鋯有機配合物柱撐膨潤土;3)將含鋯有機配合物柱撐膨潤土置于管式爐中,在通氮氣的情況下,400?550°C焙燒1 ?2h,再將氮氣換為空氣持續10?40s,之后繼續通入氮氣3?4h,然后停止加熱冷卻至室 溫,其中的部分碳氮等元素轉化為氣體溢出,形成孔道,得到氧化硅柱撐的膨潤土基多孔材 料負載氧化鋯催化劑。
【文檔編號】B01J23/10GK106076310SQ201610410118
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】劉青, 馬建鋒
【申請人】常州大學