莫來石催化劑（Gd，Er）Mn2 O5的合成和表征

楊 志，馬瓏瓏

（長治學(xué)院化學(xué)系，山西 長治 046000）

隨著新時代的到來，我國的國民經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)迅猛的發(fā)展態(tài)勢，人們的生活質(zhì)量的不斷提高，以車代步的現(xiàn)象逐漸突出，對于機動車的需求量也在不斷的持續(xù)增加從而導(dǎo)致機動車的數(shù)量呈現(xiàn)不斷快速增長的態(tài)勢[1]。然而，機動車產(chǎn)生的尾氣對人類健康以及大氣質(zhì)量造成了極大地威脅，只因機動車尾氣中含有諸多影響人類健康以及對環(huán)境造成污染的有害物質(zhì)[2]。其中，造成環(huán)境污染的主要成分是氮氧化物[3]。

氮氧化物能夠影響著植物生長過程中的光合作用，導(dǎo)致農(nóng)作物大幅度減產(chǎn)的后果，在大氣中遇到水蒸氣會轉(zhuǎn)化成硝酸，形成酸雨對建筑及植被造成嚴(yán)重的腐蝕；能夠與碳?xì)漕惖幕衔镞M(jìn)行結(jié)合，形成光化學(xué)煙霧[4]，破壞臭氧層，對人類的身體健康以及生態(tài)環(huán)境問題造成非常不利的影響[5]。

目前可以作為NO氧化催化劑的主要包括分子篩類催化劑、活性炭類催化劑、貴金屬催化劑和金屬氧化物催化劑四個類型[6]。分子篩類催化劑在較高的溫度下能達(dá)到極高的NO轉(zhuǎn)化率，但此時的催化活性也不算高[7]。活性炭類催化劑活性溫度范圍較窄，并且受水影響較大。Pt類催化劑是貴金屬類催化劑中研究最多的[8]，但價格比較昂貴，成本過高，因此限制了其在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。金屬氧化物中研究最多的是釩類催化劑，這類催化劑是一種有毒的物質(zhì)，不符合當(dāng)今催化劑的發(fā)展要求。

2012年wang等人發(fā)現(xiàn)SmMn2O5莫來石催化劑在性能、穩(wěn)定性上超越了通用公司的鈣鈦礦催化劑。而且，莫來石系列催化劑完全避開了有毒元素，完全是綠色催化劑。

1 實驗部分

1.1 實驗方法

按5∶3∶7質(zhì)量比分別稱取一定量的的硝酸釓、高錳酸鉀和氯化錳，將稱量好的高錳酸鉀和氯化錳加入到硝酸釓的水溶液中，攪拌30min，同時加水至50mL。稱取氫氧化鈉配成溶液，加入上述溶液中，攪拌 10min，然后移至反應(yīng)釜中，加熱至200℃，反應(yīng)12h即得產(chǎn)物GdMn2O5。ErMn2O5用同樣的方法制得。

1.2 催化劑性能測試

實驗時，取適量樣品放入表征儀中，通過電腦設(shè)定在實驗開始后，以一定的速率向表征儀中通入NO、O2和N2的混合氣體，每隔50℃在50～500℃的溫度范圍內(nèi)保溫30min，記錄下每個溫度階段NO2濃度變化情況，并制作成折線圖，分析催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化情況。

1.3 實驗儀器

X射線衍射儀（Cu Kα輻射源，Panalytical，X’Pert Pro），掃描范圍10°～90°；AMI-300全自動催化劑特性表征儀，氮氧化物分析儀（CLD822Mh ECO Physics）。

2 結(jié)果與討論

2.1 XRD分析

為了檢測樣品的成分及物相，對其進(jìn)行了X射線衍射分析，其測試結(jié)果如圖1所示。

圖1 催化劑GdMn2O5、ErMn2 O5的XRD曲線

通過與標(biāo)準(zhǔn)的XRD譜圖對比發(fā)現(xiàn)，所制備的莫來石催化劑GdMn2O5、ErMn2O5樣品都是純相。

2.2 （Gd，Er）Mn2O5催化性能分析

為了測試（Gd，Er）Mn2O5對NO的催化氧化效果，本文通過AMI-300全自動催化劑特性表征儀和氮氧化物分析儀來進(jìn)行NO的催化實驗。其測試結(jié)果如圖2所示。

圖2 GdMn2O5、ErMn2O5的NO催化氧化曲線圖

從圖2中看出，兩種物質(zhì)都對NO有催化作用，且催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率都隨著溫度的上升有一個先上升后下降的趨勢。GdMn2O5作催化劑的NO催化反應(yīng)在250℃時達(dá)到了最大催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，最大催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為58%，ErMn2O5作催化劑的NO催化反應(yīng)在250℃時達(dá)到了最大催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，最大催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為50%。

3 結(jié)論

通過水熱法制備了GdMn2O5和ErMn2O5莫來石催化劑材料，并且通過NO催化氧化實驗發(fā)現(xiàn)GdMn2O5在250℃時達(dá)到了最大催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，為58%；ErMn2O5在250℃時達(dá)到了最大催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，為50%。水熱法具有安全環(huán)保，成本低廉，實驗器材容易獲取等優(yōu)點，對于本材料的制備非常值得進(jìn)一步研究。