莫來(lái)石催化劑（Gd，Er）Mn2 O5的合成和表征

楊 志，馬瓏瓏

（長(zhǎng)治學(xué)院化學(xué)系，山西 長(zhǎng)治 046000）

隨著新時(shí)代的到來(lái)，我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)迅猛的發(fā)展態(tài)勢(shì)，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(duì)于機(jī)動(dòng)車的需求量也在不斷的持續(xù)增加從而導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車的數(shù)量呈現(xiàn)不斷快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)[1]。然而，機(jī)動(dòng)車產(chǎn)生的尾氣對(duì)人類健康以及大氣質(zhì)量造成了極大地威脅，只因機(jī)動(dòng)車尾氣中含有諸多影響人類健康以及對(duì)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(zhǎng)過(guò)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(huì)轉(zhuǎn)化成硝酸，形成酸雨對(duì)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(duì)人類的身體健康以及生態(tài)環(huán)境問(wèn)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(gè)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(shí)的催化活性也不算高[7]?；钚蕴款惔呋瘎┗钚詼囟确秶^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(jià)格比較昂貴，成本過(guò)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(lái)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(lái)石系列催化劑完全避開(kāi)了有毒元素，完全是綠色催化劑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)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(shí)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(cè)試

實(shí)驗(yàn)時(shí)，取適量樣品放入表征儀中，通過(guò)電腦設(shè)定在實(shí)驗(yàn)開(kāi)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(dòng)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(cè)樣品的成分及物相，對(duì)其進(jìn)行了X射線衍射分析，其測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1 催化劑GdMn2O5、ErMn2 O5的XRD曲線

通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)的XRD譜圖對(duì)比發(fā)現(xiàn)，所制備的莫來(lái)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(cè)試（Gd，Er）Mn2O5對(duì)NO的催化氧化效果，本文通過(guò)AMI-300全自動(dòng)催化劑特性表征儀和氮氧化物分析儀來(lái)進(jìn)行NO的催化實(shí)驗(yàn)。其測(cè)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(duì)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(gè)先上升后下降的趨勢(shì)。GdMn2O5作催化劑的NO催化反應(yīng)在250℃時(shí)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(shí)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(guò)水熱法制備了GdMn2O5和ErMn2O5莫來(lái)石催化劑材料，并且通過(guò)NO催化氧化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)GdMn2O5在250℃時(shí)達(dá)到了最大催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，為58%；ErMn2O5在250℃時(shí)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(shí)驗(yàn)器材容易獲取等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于本材料的制備非常值得進(jìn)一步研究。