Fabrication of Hierarchical Porous Metal Oxides by the HPMC-Assisted Gel Combustion Strategy: Incorporation of Nanoceria into Cookie-like Mn2O3 with Enhanced Oxidation Activity and Excellent Water Resistance

催化作用 煅烧 催化燃烧 化学工程 材料科学 催化氧化 氧化物 多孔性 甲苯 无机化学 燃烧 空间速度 化学 有机化学 选择性 工程类 复合材料 冶金
作者
Yijia Cao,Fujun Li,Chi Zhang,Haotian Wang,Zongpeng Zou,Shengwei Tang,Yunfa Chen,Wenxiang Tang
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:62 (4): 1839-1851 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.2c03828
摘要

Constructing nonprecious metal oxide catalysts with a hierarchical porous structure by a simple method for the deep catalytic oxidation of toxic volatile organic compounds at low temperatures is of great value and significance. In this work, a porous manganese trioxide catalyst (Mn2O3-H) was prepared by a hydroxypropyl methylcellulose-assisted combustion synthesis strategy for catalytic complete oxidation of gaseous toluene. Benefiting from the rich porous nanostructure, Mn2O3-H has much higher specific surface area and active site density, resulting in better low-temperature reducibility and oxygen activation ability than blank Mn2O3 formed by direct calcination. With this sol–gel combustion process, CeO2 nanoparticles could be successfully introduced to form cookie-like Ce–Mn composite oxide with a hierarchical porous nanostructure, which builds the strong interaction of CeO2–Mn2O3 to weaken Mn–O with more active defects. Among Ce-doped catalysts, 5%CeMn-H shows the best catalytic activity in toluene oxidation with 90% conversion temperature at 242 °C under a weight hour space velocity of 60,000 mL·g–1·h–1, which is about 30 and 133 °C lower than that of Mn2O3-H and Mn2O3-B, respectively. This advantage is also shown in other typical hydrocarbons such as propylene and propane. Moreover, the as-prepared Ce-doped catalyst exhibits excellent stability and water resistance ability. This simple robust sol–gel combustion method will provide valuable enlightenment for designing porous catalysts with high performance for related catalytic reactions.

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