CN115212869A - 一种基于Ce-MOF前驱体制备CeO2/TiO2复合热催化材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于大气污染防治领域，提供了一种基于Ce‑MOF前驱体制备CeO2/TiO2复合热催化材料的制备方法。本发明解决了纯CeO2理化性能差，降解VOCs温度过高的技术问题。本发明制备方法简单，通过向Ce‑MOFs前驱体中加入TiO2颗粒，制备Ce‑MOF/TiO2复合材料。然后通过热解Ce‑MOF/TiO2前驱体制备了CeO2/TiO2复合催化剂。Ce‑MOFs热解形成的三维介孔结构，煅烧后，Ce‑MOF的形貌和结构得以保留，对甲苯的吸附和降解起到了积极作用，增强了CeO2的催化活性。TiO2的加入使得TiO2中的Ti4+/Ti3+变价转换，与CeO2在中等温度下经历快速且可逆的Ce4+/Ce3+氧化还原循环形成协同效应，增强了催化氧化性能，提升了降解甲苯的能力。在空速为40000ml/(g·h)，甲苯浓度为1000ppm的情况下，甲苯完全降解温度为240℃，比纯CeO2催化剂的降解温度降低30℃，有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于热催化材料制备领域，具体涉及CeO2/TiO2热催化材料的制备及其热催化降解一种VOCs气体(甲苯)的测试。
背景技术
目前，空气污染愈发严重，人类对于蓝天白云更加向往，空气净化成为公众关注的问题之一，并且已得到广泛的研究。其中挥发性有机化合物(VOCS)是指在室温条件下沸点低于260℃的主要大气污染物，常见的挥发性有机化合物有乙酸乙酯(EtOAc)、甲苯、苯、乙醇和丙酮等。根据第二次全国污染源普查公报，2017年VOCs总排放量1017.45万吨。按区域来看，重点区域（京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原地区）挥发性有机物排放量为417.87万吨，占比41%。按行业来看，工业源排放量为481.66万吨，占比47.3%，化学原料和化学制品制造业，石油、煤炭及其他燃料加工业，橡胶和塑料制品业的排放量位居前三位，合计占工业源挥发性有机物排放量的44.78%。这些数据，都显示出治理VOCs已经到了刻不容缓的地步。由于挥发性有机化合物的有害特性，近年来挥发性有机化合物向大气环境的排放受到严格的管制。
很多研究者已经探索了各种挥发性有机化合物净化方法，包括吸附、冷凝、膜分离、生物降解、非热等离子体氧化、光催化分解、热焚烧以及(热)催化氧化。在这些方法中，催化氧化技术被认为是一种有效的方法，因为它具有高经济可行性、低成本和低水平的二次污染物生成，并且它可以在较低的温度下操作，同时控制副产物的选择性，因此，它可以被认为是一种环境友好和具有成本效益的技术。在催化氧化法中，挥发性有机化合物在降解过程中的反应速率高度依赖于催化纳米材料。因此，为消除挥发性有机化合物，合理设计和制造高活性和高性价比的催化纳米材料在实际应用中至关重要。
铈基氧化物是很有前途的催化剂，二氧化铈基材料能够在中等温度下经历快速且可逆的Ce4+/Ce3+氧化还原循环，这是由于固态中从表面到体相的高氧化物离子迁移率，同时CeO2具有良好的储氧能力和丰富的酸性位点，有助于催化燃烧过程，特别是由于存在大量氧空位以及CeO2晶格中存在的缺陷引起的铈离子(Ce4+到Ce3+)价态的变化导致其具有良好的还原性。另外，TiO2催化剂的Ti4+/Ti3+的变价转换，与形成协同效应，增强了催化氧化性能。
金属有机框架(MOFs)是由金属簇和有机配体组成的规则结构的化合物。近几十年来，各种各样的MOFs被合成并应用于各个领域。通过合成并煅烧Ce-MOFs前驱体获得用于催化燃烧VOCs的CeO2催化剂。由于MOFs热解形成的三维介孔结构，使得CeO2催化剂表现出良好的活性。同时，煅烧后，前驱体Ce-MOF的形貌和结构得以保留，对甲苯的吸附和降解起到了积极作用，增强了催化活性。
发明内容：
本发明主要在现有技术条件下解决热催化降解VOCs反应温度过高的问题，从而提供了一种新型的CeO2-TiO2复合热催化材料的制备方法。
一种基于Ce-MOF前驱体制备CeO2-TiO2复合热催化材料的制备方法，该方法具体按以下步骤进行：
一、在室温条件下，向乙醇溶液中加入二氧化钛粉末，磁力搅拌溶解，混合均匀，直至溶液变为乳白色，且溶液中无二氧化钛的粉末，即表示二氧化钛完全溶解。然后，向上述乙醇溶液中加入1.3.5-均苯三甲酸粉末，磁力搅拌溶解，混合均匀，直至溶液变为乳白色，且溶液中无1.3.5-均苯三甲酸粉末，即表示1.3.5-均苯三甲酸完全溶解。磁力搅拌充分混合均匀后，将烧杯转移至水浴锅中开始加热。在室温条件下，向去离子水中加入六水硝酸铈粉末，磁力搅拌溶解，混合均匀，直至溶液变为无色透明，且溶液中无六水硝酸铈粉末，即表示六水硝酸铈完全溶解。将六水硝酸铈的水溶液以每秒1滴的速率滴入加热到反应温度的步骤一混合溶液中，滴加完毕开始计时，6～9h后收集沉淀，然后离心洗涤（离心机转速为6000r/min～8000r/min），分别用去离子水和无水乙醇洗涤6～10次。在60～80℃温度下真空干燥12～24h，得到Ce-MOF/TiO2复合材料。
二、将制备的Ce-MOF/TiO2放入马弗炉中，设置升温速率5℃/min，保温时间为2～4h，煅烧温度为300-350℃，随炉冷却。煅烧结束后得到CeO2/TiO2复合热催化材料。
步骤一中Ce-MOF/TiO2材料的反应温度为60-80℃。
步骤一中1.3.5-均苯三甲酸与六水硝酸铈的摩尔比为1:1。
步骤二中设置升温速率5℃/min。
步骤二中煅烧温度为300-350℃。
本实验通过溶剂热法制备了Ce-MOF/TiO2复合材料，然后通过牺牲模板法制备了CeO2/TiO2复合材料。棒状的CeO2和纳米颗粒状的TiO2材料的复合，一方面保留了Ce-MOF的三维多孔结构和较大的比表面积，增加了对甲苯的吸附及催化能力，提高催化效率，另一方面CeO2在中等温度下经历快速且可逆的Ce4+/Ce3+氧化还原循环，与TiO2催化剂的Ti4+/Ti3+的变价转换形成协同效应，增强了催化氧化性能。
本发明的有益效果是：
本发明首次以Ce-MOF为前驱体合成了CeO2/TiO2二元复合物，CeO2中Ce4+/Ce3+的转变与TiO2中Ti4+/Ti3+的转变相互协同提升了表面氧和晶格氧的转变效率，在加热催化的过程中促进了活性氧物种在催化剂上的传递效率，大大提升了催化剂的催化活性，降低了VOCs的转变温度。
本发明所制备的棒状CeO2/TiO2复合材料具有较高的热催化性能，以甲苯为目标污染物，用0.15 g的复合材料降解空速为40000 ml/(g·h)，浓度为1000 ppm的甲苯气体。其中单一CeO2对污染物的降解完全的温度T100为245℃，而复合材料对污染物的降解完全时的温度T100为220℃。因此本发明所制备的CeO2/TiO2复合催化材料对甲苯的催化性能得到了较大的提升。
附图说明：
图1是实施例1中合成的热催化材料的XRD图（CeO2、CeO2/TiO2、Ce-MOF的XRD图）；
图2是实施例1中合成的热催化材料的N2吸附-脱附图（CeO2、CeO2/TiO2的N2吸附-脱附图）；
图3是实施例1中合成的热催化材料的SEM图（Ce-MOF、CeO2/TiO2的SEM图）；
图4是实施例1中合成的热催化材料的CPS谱图（CeO2/TiO2的CPS谱图）；
图5是实施例1中合成的热催化材料的热催化降解甲苯效率图（CeO2、CeO2/TiO2的热催化降解甲苯效率图）；
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步详细的描述。
实例1：
本实例一种片状CeO2/TiO2复合热催化材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、在室温条件下，向30ml乙醇溶液中加入0.1g二氧化钛粉末，磁力搅拌溶解，混合均匀，直至溶液变为乳白色，且溶液中无二氧化钛的粉末，即表示二氧化钛完全溶解。然后向上述乙醇溶液中加入2.1g 1.3.5-均苯三甲酸粉末，磁力搅拌溶解，混合均匀，直至溶液变为乳白色，且溶液中无1.3.5-均苯三甲酸粉末，即表示1.3.5-均苯三甲酸完全溶解。磁力搅拌充分混合均匀后，将烧杯转移至水浴锅中开始加热至60℃。在室温条件下，向30ml去离子水中加入4.34g六水硝酸铈粉末，磁力搅拌溶解，混合均匀，直至溶液变为无色透明，且溶液中无六水硝酸铈粉末，即表示六水硝酸铈完全溶解。将六水硝酸铈的水溶液以每秒1滴的速率滴入加热到反应温度的步骤一混合溶液中，滴加完毕开始计时，9h后收集沉淀，然后离心洗涤（离心机转速为8000r/min），分别用去离子水和无水乙醇洗涤6次。在60℃温度下真空干燥24h，得到Ce-MOF/TiO2复合材料。将制备的Ce-MOF/TiO2放入马弗炉中，设置升温速率5℃/min，保温时间为2h，煅烧温度为300℃，随炉冷却。煅烧结束后得到CeO2/TiO2复合热催化材料。
对制备的催化剂进行X射线衍射分析得到催化剂的XRD图谱，如图1所示，催化剂同时表现出CeO2和TiO2物相。
对制备的催化剂进行比表面积测试，如图2所示是纯CeO2和CeO2/TiO2的N2吸附脱附曲线。由测试得到，CeO2和CeO2/TiO2的比表面积分别为142.1333m2/g和103.3403m2/g。由此可知，在负载TiO2后，催化剂的比表面积下降了约40m2/g。这表明负载的TiO2堵塞了Ce-MOF衍生催化剂中的通道或孔。
对制备的催化剂进行SEM电镜扫描得到的催化剂的SEM图，如图3所示，Ce-MOF为光滑的棒状形状，煅烧后得到的CeO2维持了MOF的棒状结构，但是由于高温煅烧出现了收缩现象。CeO2/TiO2的形貌为纳米TiO2颗粒包裹在了棒状的CeO2周围。
实例2：将实施例1中的基于Ce-MOF前驱体制备的CeO2/TiO2复合热催化材料压片，过筛取40-60目，取0.15g CeO2/TiO2复合催化材料装入固定床反应器中(内径为6mm左右的玻璃反应管)，通氮气(流速为9ml/min)将鼓泡装置中的甲苯携带出，甲苯含量为1000ppm。进入石英反应床的总气体流速为100 mL/min，质量空速为40000 mL·g-1·h-1。首先测定室温下甲苯浓度，然后将温度升至120～280℃进行连续甲苯催化氧化反应。催化剂反应活性如图4所示，纯CeO2和CeO2/TiO2分别在在270℃和240℃下可达到100%的甲苯去除率。
Claims (9)
1.一种基于Ce-MOF前驱体制备CeO2/TiO2复合热催化材料的制备方法，其特征在于该方法具体步骤以下进行：
一、Ce-MOF/TiO2复合材料
在室温条件下，向30ml乙醇溶液中加入0.1g二氧化钛粉末，磁力搅拌溶解，混合均匀，直至溶液变为乳白色，且溶液中无二氧化钛的粉末，即表示二氧化钛完全溶解；然后向上述乙醇溶液中加入2.1g 1.3.5-均苯三甲酸粉末，磁力搅拌溶解，混合均匀，直至溶液变为乳白色，且溶液中无1.3.5-均苯三甲酸粉末，即表示1.3.5-均苯三甲酸完全溶解；磁力搅拌充分混合均匀后，将烧杯转移至水浴锅中开始加热至60～80℃，在室温条件下，向30ml去离子水中加入4.34g六水硝酸铈粉末，磁力搅拌溶解，混合均匀，直至溶液变为无色透明，且溶液中无六水硝酸铈粉末，即表示六水硝酸铈完全溶解；将六水硝酸铈的水溶液以每秒1～3滴的速率滴入加热到反应温度为60～80℃的步骤一混合溶液中，滴加完毕开始计时，6～9h后收集沉淀，然后离心洗涤(离心机转速为6000r/min～8000r/min)，分别用去离子水和无水乙醇洗涤6～10次，在60-80℃温度下真空干燥12～24h，得到Ce-MOF/TiO2复合材料；
二、CeO2/TiO2复合催化材料
将制备的Ce-MOF/TiO2放入马弗炉中，设置升温速率5℃/min，保温时间为2～4h，煅烧温度为300～350℃，随炉冷却。煅烧结束后得到CeO2/TiO2复合热催化材料。
2.根据权利要求1所述的一种基于Ce-MOF前驱体制备CeO2/TiO2复合热催化材料的制备方法，其特征在于步骤一中1.3.5-均苯三甲酸粉末与六水硝酸铈的摩尔质量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的一种基于Ce-MOF前驱体制备CeO2/TiO2复合热催化材料的制备方法，其特征在于步骤一中反应温度为60～80℃。
4.根据权利要求1所述的一种基于Ce-MOF前驱体制备CeO2/TiO2复合热催化材料的制备方法，其特征在于步骤一中反应时间为6～9h。
5.根据权利要求1所述的一种基于Ce-MOF前驱体制备CeO2/TiO2复合热催化材料的制备方法，其特征在于步骤一中溶液滴加速率为每秒1～3滴。
6.根据权利要求1所述的一种基于Ce-MOF前驱体制备CeO2/TiO2复合热催化材料的制备方法，其特征在于步骤一中离心机转速为6000r/min～8000r/min。
7.根据权利要求1所述的一种基于Ce-MOF前驱体制备CeO2/TiO2复合热催化材料的制备方法，其特征在于步骤一中干燥温度为60～80℃，干燥时间12～24h。
8.根据权利要求1所述的一种基于Ce-MOF前驱体制备CeO2/TiO2复合热催化材料的制备方法，其特征在于步骤二中煅烧温度为300～350℃，保温时间为2～4h。
9.根据权利要求1所述的基于Ce-MOF前驱体制备CeO2/TiO2复合热催化材料在氧化甲苯中的应用，其特征在于：具体方法为：
(1)催化剂的前期处理：基于Ce-MOF前驱体制备的CeO2/TiO2复合热催化材料压片，过40～60目筛，取0.15g处理好的基于Ce-MOF前驱体制备CeO2/TiO2复合热催化材料装入固定床反应器中；
(2)催化氧化甲苯反应：反应混合气包括1000ppm甲苯，空气和N2为平衡气体。进入石英反应床的总气体流速为100mL/min，质量空速为40000mL·g-1·h-1，首先测定室温下甲苯浓度，然后将温度升至120～280℃进行连续甲苯催化氧化反应。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115608351A (zh) * | 2022-10-24 | 2023-01-17 | 五邑大学 | 一种复合材料及其制备方法和应用 |
| CN116493017A (zh) * | 2023-04-27 | 2023-07-28 | 河北科技大学 | CeO2改性双钙钛矿催化剂的制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106390983A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-02-15 | 上海理工大学 | 一种以Ce基金属有机骨架为前驱体的CeO2催化剂、其制备方法和在防治大气污染中的应用 |
| CN107824177A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-03-23 | 北京工业大学 | 一种以Ce‑MOF为铈前驱体的CeO2/TiO2低温SCR催化剂的制备方法 |
| US20200094187A1 (en) * | 2018-08-01 | 2020-03-26 | The Hong Kong University Of Science And Tech | Two-dimensional catalytic materials derived from metal-organic frameworks for voc remediation |
| CN111013597A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-17 | 北京工业大学 | 一种以Ce-MOF为前驱体的铈基复合氧化物低温SCR催化剂制备方法 |
| CN112169788A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-01-05 | 南京工业大学 | 有机混合废气稀土基催化燃烧催化剂及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-05-23 CN CN202210559870.7A patent/CN115212869A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106390983A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-02-15 | 上海理工大学 | 一种以Ce基金属有机骨架为前驱体的CeO2催化剂、其制备方法和在防治大气污染中的应用 |
| CN107824177A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-03-23 | 北京工业大学 | 一种以Ce‑MOF为铈前驱体的CeO2/TiO2低温SCR催化剂的制备方法 |
| US20200094187A1 (en) * | 2018-08-01 | 2020-03-26 | The Hong Kong University Of Science And Tech | Two-dimensional catalytic materials derived from metal-organic frameworks for voc remediation |
| CN111013597A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-17 | 北京工业大学 | 一种以Ce-MOF为前驱体的铈基复合氧化物低温SCR催化剂制备方法 |
| CN112169788A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-01-05 | 南京工业大学 | 有机混合废气稀土基催化燃烧催化剂及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HAO LIU等: "Interaction Mechanism for Simultaneous Elimination of Nitrogen Oxides and Toluene over the Bifunctional CeO2-TiO2 Mixed Oxide Catalyst", 《ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY》, vol. 56, pages 4467 - 4476 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115608351A (zh) * | 2022-10-24 | 2023-01-17 | 五邑大学 | 一种复合材料及其制备方法和应用 |
| CN116493017A (zh) * | 2023-04-27 | 2023-07-28 | 河北科技大学 | CeO2改性双钙钛矿催化剂的制备方法 |
| CN116493017B (zh) * | 2023-04-27 | 2024-03-22 | 河北科技大学 | CeO2改性双钙钛矿催化剂的制备方法 |
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