具有吸附分解甲苯功能的催化剂及其制备方法

摘要

具有吸附分解甲苯功能的催化剂及其制备方法，涉及挥发性有机物无害化分解处理材料技术领域。具有吸附分解甲苯功能的催化剂，所含组分及各组分的质量百分比如下：污泥‑秸秆生物质炭载体80%～95%；稀土‑过渡金属混合氧化物5%～20%；稀土‑过渡金属混合氧化物包含Er2O3和MnOX。一种制备上述催化剂的方法，步骤如下：1，原料预处理；2，制备载体；3，制备催化剂。本发明利用污泥和秸秆共热解制备污泥‑秸秆生物质炭载体，在污泥‑秸秆生物质炭载体上负载一定量的稀土‑过渡金属混合氧化物，制备得到具有吸附分解甲苯功能的催化剂，一方面实现了污泥和秸秆的资源化利用，另一方面实现了甲苯的净化。

权利要求

1.具有吸附分解甲苯功能的催化剂，其特征是，其所含组分及各组分的质量百分比如下：污泥‑秸秆生物质炭载体80%～95%；稀土‑过渡金属混合氧化物5%～20%；两者的质量百分比之和为100%；污泥‑秸秆生物质炭载体所含原料的重量份数如下：污泥1‑5份；秸秆1‑5份；稀土‑过渡金属混合氧化物包含Er2O3和MnOX；其中，MnOX为MnO2、Mn2O3、Mn3O4中的一种或多种氧化物的混合；其中，Er占Er+Mn的摩尔比为a，a的取值范围为0.2～0.8，Mn占Er+Mn的摩尔比为b，b的取值范围为0.2～0.8，a+b=1。

2.如权利要求1所述的具有吸附分解甲苯功能的催化剂，其特征是：其所含组分及各组分的质量百分比如下：污泥‑秸秆生物质炭载体85%；稀土‑过渡金属混合氧化物15%；两者的质量百分比之和为100%；所述污泥‑秸秆生物质炭载体所含原料的重量份数如下：污泥1份；

秸秆1份；所述a的取值为0.5，所述b的取值为0.5。

3.如权利要求2所述的具有吸附分解甲苯功能的催化剂，其特征是：所述秸秆为小麦、玉米、水稻秸秆中的一种或多种。

4.一种制备如权利要求3所述的催化剂的方法，其特征是，步骤如下：

S01，原料预处理：

1、将污泥干燥、粉碎、过筛，得到污泥干燥粉末；将秸秆洗净、干燥、过筛，得到秸秆干燥粉末；将污泥干燥粉末和秸秆干燥粉末按照1：1的质量比充分混合搅拌，得到原料混合物；

2，取适量原料混合物加入KOH溶液中，在105℃的干燥箱内预活化24h，得到活化原料；

本步骤中，原料混合物与KOH溶液的质量比为1：1；KOH溶液中的溶剂和溶质分别为水和KOH晶体，KOH溶液中的溶剂和溶质的质量比为1：1；

S02，制备载体：

1、将活化原料在105℃的干燥箱内干燥24h，随后转移至微波加热炉中，在真空或无氧环境下以550‑850℃加热0.5‑2.5h，得到生物质炭半成品；

2、将生物质炭半成品先用5～8mol/L的NaOH溶液碱洗，再用去离子水漂洗至中性，然后用5～8mol/L的HNO3溶液酸洗，随后用去离子水漂洗至中性；通过上述碱洗和酸洗的步骤去除生物质炭半成品中的灰分等物质；最后干燥、研磨、过筛，得到污泥‑秸秆生物质炭载体；

S03，制备催化剂：

1、取适量Er(NO3)3·6H2O晶体和Mn(CH3COO)2·4H2O晶体混合后配置浸渍液；在两种晶体的混合物中，Er占Er+Mn的摩尔比为0.5，Mn占Er+Mn的摩尔比为0.5；

2、取适量污泥‑秸秆生物质炭载体浸渍在适量浸渍液中，先常温静置24h，再放入105℃的干燥箱内干燥至恒重，使浸渍液中的Er(NO3)3·6H2O和Mn(CH3COO)2·4H2O浸渍在污泥‑秸秆生物质炭载体上；

3、将浸渍有两种晶体的污泥‑秸秆生物质炭转移至微波加热炉中，在真空或N2保护下以

400‑600℃加热2‑6h，使Er(NO3)3·6H2O高温分解为Er2O3，使Mn(CH3COO)2·4H2O高温分解为MnOX，Er2O3和MnOX均负载在污泥‑秸秆生物质炭载体上，得到具有吸附分解甲苯功能的催化剂；

本步骤中，污泥‑秸秆生物质炭载体与浸渍液应按照一定配比进行称量，以确保最终得到的催化剂中，稀土‑过渡金属混合氧化物占催化剂15%的比重；

本步骤中，浸渍液中的溶剂为水，溶质为Er(NO3)3·6H2O晶体和Mn(CH3COO)2·4H2O晶体的混合物，浸渍液中溶剂与溶质的质量比为1：1。

5.如权利要求4所述的制备催化剂的方法，其特征是在S03步骤中，微波加热炉的加热温度为500℃，加热时间为4h。

6.如权利要求5所述的制备催化剂的方法，其特征是：在S02步骤中，微波加热炉的加热温度为750℃，加热时间为1.5h。

7.如权利要求6所述的制备催化剂的方法，其特征是：在S02步骤中，NaOH溶液的浓度为

6mol/L，HNO3溶液的浓度为6mol/L。

说明书

具有吸附分解甲苯功能的催化剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及挥发性有机物无害化分解处理材料技术领域，特别是一种具有吸附分解甲苯功能的催化剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 甲苯是一种典型的挥发性有机物(VOCs)，具有苯样芳香气味。甲苯会对人体健康造成危害，当短时间内吸入较高浓度的甲苯可出现眼和上呼吸道的明显刺激症状(眼结膜及咽喉部充血肿痛)、恶心、呕吐、胸闷、四肢无力、步态蹒跚、意识模糊等症状，长期吸入较低浓度的甲苯可导致神经衰弱综合征、肝肿大、皮肤皲裂、皮炎等症状。除此之外，甲苯等VOCs是PM2.5和O3的重要前驱体，可形成光化学烟雾、灰霾等环境问题。目前处理甲苯等VOCs的方法主要有吸附法、热催化氧化法、光催化氧化法、生物降解法，其中，热催化氧化法能将甲苯催化氧化为CO2和H2O等小分子无毒害/少毒害物质，具有转化效率高、无二次污染、能耗低、应用范围广等特点，然而，用于催化氧化甲苯的催化剂是实现热催化氧化法的关键。

[0003] 污泥是城市污水处理的副产物，伴随着城市化发展和污水治理标准的提高，其产量剧增。污泥中含有病原微生物、寄生虫卵、重金属及大量难降解物质，若处置不当会造成严重的环境污染。因此，污泥的合理处置和资源化利用是城市化发展待解决的难题。

[0004] 秸秆是农作物收割后剩余的茎叶类的统称，除了小部分被利用于饲料配方，大部分都被露天焚烧，浪费资源的同时还造成了环境污染问题。因此，合理有效的利用秸秆是农业发展待解决的难题。

发明内容

[0005] 本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种具有吸附分解甲苯功能的催化剂及其制备方法，它利用污泥和秸秆为原料制备用于吸附分解甲苯的催化剂，同时实现了污泥的资源化利用、秸秆的资源化利用以及甲苯的净化。

[0006] 本发明的技术方案是：具有吸附分解甲苯功能的催化剂，其所含组分及各组分的质量百分比如下：污泥‑秸秆生物质炭载体80%～95%；稀土‑过渡金属混合氧化物5%～20%；两者的质量百分比之和为100%；污泥‑秸秆生物质炭载体所含组分及各组分的重量份数如下：污泥1‑5份；秸秆1‑5份；稀土‑过渡金属混合氧化物包含Er2O3和MnOX；其中，MnOX为MnO2、Mn2O3、Mn3O4中的一种或多种氧化物的混合；其中，Er占Er+Mn的摩尔比为a，a的取值范围为
0.2～0.8，Mn占Er+Mn的摩尔比为b，b的取值范围为0.2～0.8，a+b=1。

[0007] 本发明进一步的技术方案是：具有吸附分解甲苯功能的催化剂，其所含组分及各组分的质量百分比如下：污泥‑秸秆生物质炭载体85%；稀土‑过渡金属混合氧化物15%；两者的质量百分比之和为100%；所述污泥‑秸秆生物质炭载体所含组分及各组分的重量份数如下：污泥1份；秸秆1份；所述a的取值为0.5，所述b的取值为0.5。

[0008] 本发明进一步的技术方案是：所述秸秆为小麦、玉米、水稻秸秆中的一种或多种。

[0009] 本发明的技术方案是：一种制备上述具有吸附分解甲苯催化剂的方法，步骤如下：

[0010] S01，原料预处理：

[0011] 1、将污泥干燥、粉碎、过筛，得到污泥干燥粉末；将秸秆洗净、干燥、过筛，得到秸秆干燥粉末；将污泥干燥粉末和秸秆干燥粉末按照1：1的质量比充分混合搅拌，得到原料混合物；

[0012] 2，取适量原料混合物加入KOH溶液中，在105℃的干燥箱内预活化24h，得到活化原料；

[0013] 本步骤中，原料混合物与KOH溶液的质量比为1：1；KOH溶液中的溶剂和溶质分别为水和KOH晶体，KOH溶液中的溶剂和溶质的质量比为1：1；

[0014] S02，制备载体：

[0015] 1、将活化原料在105℃的干燥箱内干燥24h，随后转移至微波加热炉中，在真空或无氧环境下以550‑850℃加热0.5‑2.5h，得到生物质炭半成品；

[0016] 2、将生物质炭半成品先用5～8mol/L的NaOH溶液碱洗，再用去离子水漂洗至中性，然后用5～8mol/L的HNO3溶液酸洗，随后用去离子水漂洗至中性；通过上述碱洗和酸洗的步骤可去除生物质炭半成品中的灰分等物质；最后干燥、研磨、过筛，得到污泥‑秸秆生物质炭载体；

[0017] S03，制备催化剂：

[0018] 1、取适量Er(NO3)3·6H2O晶体和Mn(CH3COO)2·4H2O晶体混合后配置浸渍液；在两种晶体混合物中，Er占Er+Mn的摩尔比为0.5，Mn占Er+Mn的摩尔比为0.5；

[0019] 2、取适量污泥‑秸秆生物质炭载体浸渍在适量浸渍液中，先常温静置24h，再放入105℃的干燥箱内干燥至恒重，使浸渍液中的Er(NO3)3·6H2O和Mn(CH3COO)2·4H2O浸渍在污泥‑秸秆生物质炭载体上；

[0020] 3、将浸渍有两种金属氧化物前驱体的污泥‑秸秆生物质改性炭转移至微波加热炉中，在真空或N2保护下以400‑600℃加热2‑6h，使Er(NO3)3·6H2O高温分解为Er2O3，使Mn(CH3COO)2·4H2O高温分解为MnOX，Er2O3和MnOX均负载在污泥‑秸秆生物质炭载体上，得到具有吸附分解甲苯功能的催化剂；

[0021] 本步骤中，污泥‑秸秆生物质炭载体与浸渍液应按照一定配比进行称量，以确保最终得到的催化剂中，稀土‑过渡金属混合氧化物占催化剂15%的比重；

[0022] 本步骤中，浸渍液中的溶剂为水，溶质为Er(NO3)3·6H2O和Mn(CH3COO)2·4H2O的混合物，浸渍液中溶剂与溶质的质量比为1：1。

[0023] 本发明进一步的技术方案是：在S03步骤中，微波加热炉的加热温度为500℃，加热时间为4h。

[0024] 本发明进一步的技术方案是：在S02步骤中，微波加热炉的加热温度为750℃，加热时间为1.5h。

[0025] 本发明进一步的技术方案是：NaOH溶液的浓度为6mol/L，HNO3溶液的浓度为6mol/L。

[0026] 本发明与现有技术相比具有如下优点：

[0027] 1、其利用污泥和秸秆共热解制备污泥‑秸秆生物质炭载体，在污泥‑秸秆生物质炭载体上负载一定量的稀土‑过渡金属混合氧化物，制备得到具有吸附分解甲苯功能的催化剂，所述催化剂的制备工艺简单，部分原料的获取成本极低(污泥和秸秆)，并能表现出甲苯等VOCs的催化氧化活性，可用于甲苯等VOCs的净化处理。一方面实现了污泥和秸秆的资源化利用，另一方面实现了甲苯的净化，具有良好的市场应用前景。

[0028] 2、通过污泥和秸秆制备得到的污泥‑秸秆生物质炭载体，具有较高的比表面积，特定微孔、介孔、大孔比例的多孔级结构，有利于反应物和产物的扩散传输，应用于甲苯等VOCs的处理时具有显著优势。

[0029] 以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

[0030] 图1为采用不同前驱物载体制备的催化剂去除甲苯效果对比图；

[0031] 图2为采用不同组分的金属氧化物制备的催化剂去除甲苯效果对比图；

[0032] 图3为采用不同配比的金属氧化物制备的催化剂去除甲苯效果对比图；

[0033] 图4为实施例3制备得到的催化剂(5%Er0.5Mn0.5/BAC)的SEM图；

[0034] 图5为实施例2制备得到的催化剂(10%Er0.5Mn0.5/BAC)的SEM图；

[0035] 图6为实施例1制备得到的催化剂(15%Er0.5Mn0.5/BAC)的SEM图；

[0036] 图7为实施例4制备得到的催化剂(20%Er0.5Mn0.5/BAC)的SEM图；

[0037] 图8为采用不同的金属氧化物负载量制备的催化剂去除甲苯效果对比图。

具体实施方式

[0038] 实施例1：

[0039] 具有吸附分解甲苯功能的催化剂，其所含组分及各组分的质量百分比如下：污泥‑秸秆生物质炭载体85%，稀土‑过渡金属混合氧化物15%，两者的质量百分比之和为100%。污泥‑秸秆生物质炭载体所含组分及各组分的重量份数如下：污泥1份，秸秆1份。稀土‑过渡金属混合氧化物包含Er2O3和MnOX；其中，MnOX为MnO2、Mn2O3、Mn3O4中的一种或多种氧化物的混合；其中，Er占Er+Mn的摩尔比为a，a的取值为0.5，Mn占Er+Mn的摩尔比为b，b的取值为0.5，a+b=1。

[0040] 一种制备上述催化剂的方法，步骤如下：

[0041] S01，原料预处理：

[0042] 1、将污泥干燥、粉碎、过筛(20‑30目)，得到污泥干燥粉末；将秸秆(秸秆为小麦、玉米、水稻秸秆中的一种或多种)洗净、干燥、过筛(20‑30目)，得到秸秆干燥粉末；将污泥干燥粉末和秸秆干燥粉末按照1：1的质量比充分混合搅拌，得到原料混合物；

[0043] 2，取适量原料混合物加入KOH溶液中，在105℃的干燥箱内预活化24h，得到活化原料。

[0044] 本步骤中，原料混合物与KOH溶液的质量比为1：1；KOH溶液中的溶剂和溶质分别为水和KOH，KOH溶液中的溶剂和溶质的质量比为1：1。

[0045] S02，制备载体：

[0046] 1、将活化原料在105℃的干燥箱内干燥24h，随后转移至微波加热炉中，在真空或无氧环境下以750℃加热1.5h，得到生物质炭半成品；

[0047] 2、将生物质炭半成品先用6mol/L的NaOH溶液碱洗，再用去离子水漂洗至中性，然后用6mol/L的HNO3溶液酸洗，随后用去离子水漂洗至中性；通过上述碱洗和酸洗的步骤去除生物质炭半成品中的灰分等物质；最后干燥、研磨、过筛(60‑80目)，得到污泥‑秸秆生物质炭载体。

[0048] S03，制备催化剂：

[0049] 1、取适量Er(NO3)3·6H2O晶体和Mn(CH3COO)2·4H2O晶体混合后配置浸渍液；在两种晶体的混合物中，Er占Er+Mn的摩尔比为0.5，Mn占Er+Mn的摩尔比为0.5；

[0050] 2、取适量污泥‑秸秆生物质炭载体浸渍在适量浸渍液中，先常温静置24h，再放入105℃的干燥箱内干燥至恒重，使浸渍液中的Er(NO3)3·6H2O晶体和Mn(CH3COO)2·4H2O浸渍在污泥‑秸秆生物质炭载体上；

[0051] 3、将负载有两种晶体的污泥‑秸秆生物质炭转移至微波加热炉中，在真空或N2保护下以500℃加热4h，使Er(NO3)3·6H2O高温分解为Er2O3，使Mn(CH3COO)2·4H2O高温分解为MnOX，Er2O3和MnOX均负载在污泥‑秸秆生物质炭载体上，得到具有吸附分解甲苯功能的催化剂。

[0052] 本步骤中，污泥‑秸秆生物质炭载体与浸渍液应按照一定配比进行称量，以确保最终得到的催化剂中，稀土‑过渡金属混合氧化物占催化剂15%的比重。

[0053] 本步骤中，浸渍液中的溶剂为水，溶质为Er(NO3)3·6H2O晶体和Mn(CH3COO)2·4H2O晶体的混合物，浸渍液中溶剂与溶质的质量比为1：1。

[0054] 本实施例中，稀土‑过渡金属混合氧化物的负载量为15%(即稀土‑过渡金属混合氧化物占催化剂的重量百分比为15%)，Er占Er+Mn的摩尔比为0.5，Mn占Er+Mn的摩尔比为0.5。

[0055] 实施例2：

[0056] 本实施例与实施例1相比，区别仅在于：稀土‑过渡金属混合氧化物的负载量为10%。

[0057] 实施例3：

[0058] 本实施例与实施例1相比，区别仅在于：稀土‑过渡金属混合氧化物的负载量为5%。

[0059] 实施例4：

[0060] 本实施例与实施例1相比，区别仅在于：稀土‑过渡金属混合氧化物的负载量为20%。

[0061] 实施例5：

[0062] 本实施例与实施例1相比，区别仅在于：Er占Er+Mn的摩尔比为0.25，Mn占Er+Mn的摩尔比为0.75。

[0063] 实施例6：

[0064] 本实施例与实施例1相比，区别仅在于：Er占Er+Mn的摩尔比为0.75，Mn占Er+Mn的摩尔比为0.25。

[0065] 实施例7：

[0066] 本实施例与实施例1相比，区别仅在于：Er占Er+Mn的摩尔比为0.2，Mn占Er+Mn的摩尔比为0.8。

[0067] 实施例8：

[0068] 本实施例与实施例1相比，区别仅在于：Er占Er+Mn的摩尔比为0.8，Mn占Er+Mn的摩尔比为0.2。

[0069] 实施例9：

[0070] 本实施例与实施例1相比，区别仅在于：Er占Er+Mn的摩尔比为0.33，Mn占Er+Mn的摩尔比为0.76。

[0071] 实施例10：

[0072] 本实施例与实施例1相比，区别仅在于：Er占Er+Mn的摩尔比为0.66，Mn占Er+Mn的摩尔比为0.33。

[0073] 关于污泥‑秸秆生物质炭载体的组分不可替换性说明：

[0074] 污泥‑秸秆生物质炭载体的组分包含污泥和秸秆，采用这两类物质相比仅采用一类物质(污泥或秸秆)可使催化剂具有更好的除toluene(甲苯)效果。为了证明上述结论，在预先搭建好的甲苯脱除率验证系统中施行对比实验。

[0075] 所述甲苯脱除率验证系统主要包括甲苯供给装置、氧气供给装置、氮气供给装置、混气装置、石英管吸附催化反应器和气体浓度检测装置。

[0076] 甲苯供给装置包括依次连通的甲苯盛装容器、蠕动泵、电加热装置和冷凝器，蠕动泵用于将甲苯盛装容器内的甲苯液体以一定速率持续泵出，电加热装置(包括加热带和控制加热带发热温度的温控仪)用于将泵出的甲苯液体加热为甲苯气体并控制甲苯气体的温度在一定范围内，冷凝器用于去除甲苯气体中混杂的水分。

[0077] 氧气供给装置包括依次连通的氧气钢瓶、氧气减压阀A和氧气质量流量计，氧气减压阀A的设置用于降低氧气钢瓶的出气压力，避免过高的出气压力损坏氧气质量流量计，氧气质量流量计用于控制氧气的输出流量。

[0078] 氮气供给装置包括氮气钢瓶、氮气减压阀B和氮气质量流量计，氮气减压阀B用于降低氮气钢瓶的出气压力，避免过高的出气压力损坏氮气质量流量计，氮气质量流量计用于控制氮气的输出流量。

[0079] 混气装置外部设有入口和出口，内部设有用于容纳气体的空腔，混气装置的入口分别与甲苯供给装置、氧气供给装置、氮气供给装置的输出气流连通，甲苯气体、O2、N2进入混气装置的空腔后混合均匀。

[0080] 石英管吸附催化反应器包括石英管和程序升温管式炉；石英管呈竖直布置在程序升温管式炉内，石英管内径为1cm，长度为100cm，石英管下端口与混气装置的出口连接以接收净化前烟气，石英管上端口用于排出净化后烟气，石英管中部安装有石英棉；程序升温管式炉将石英管包容在内并提供toluene(甲苯)裂解反应时所需的能量/热量。

[0081] 气体浓度检测装置包括气相色谱仪A和气相色谱仪B；气相色谱仪A与混气装置的出口连通，用于检测净化前烟气中的toluene(甲苯)浓度；气相色谱仪B与石英管的上端口连通，用于检测净化(所述净化包括催化剂的吸附作用和催化剂的催化分解作用)后烟气中的toluene(甲苯)浓度。

[0082] 对比实验过程如下：

[0083] 1、启动电加热装置将液态甲苯加热变为气态甲苯，启动程序升温管式炉将石英管内烟气加热至80‑400℃；

[0084] 2、将0.2g实验对象平铺在石英棉上，分别启动甲苯供给装置、氧气供给装置和氮气供给装置，以一定的速率/流量输出toluene(甲苯)、O2和N2，上述三种气体在混气装置中混合均匀以模拟烟气气氛，净化前烟气成分包括0.01%体积百分比的toluene(甲苯)（100ppm）、6%体积百分比的O（2 30mL/min）和93.99%体积百分比的N2(大约470mL/min)，总烟气流量为500mL/min。烟气通过石英管的下端口进入石英管内，再通过石英棉和实验对象后，从石英管的上端口排出。

[0085] 3、分别通过气相色谱仪A和气相色谱仪B测定净化前烟气和净化后烟气中的toluene(甲苯)浓度，计算甲苯脱除率β；β=(γ1‑γ2)/γ1；式中，γ1为净化前烟气中的toluene(甲苯)浓度，γ2为净化后烟气中的toluene(甲苯)浓度。

[0086] 上述实验过程重复3组，3组实验的区别在于实验对象不同，分别以实施例1制备得到的催化剂(15%Er0.5Mn0.5/BAC)、基于单前体物水稻秸秆制备得到的催化剂(15%Er0.5Mn0.5/SAW)、基于单前体物污泥制备得到的催化剂(15%Er0.5Mn0.5/SAC)作为实验对象。每组实验包括多次仅在烟气加热温度上存在区别的实验，以获取不同烟气加热温度下的toluene(甲苯)脱除效果。上述括号内的简写式中，“15%”表示稀土‑过渡金属混合氧化物的负载量为15%，Er的下角标“0.5”表示Er占Er+Mn的摩尔比为0.5，Mn的下角标“0.5”表示Mn占Er+Mn的摩尔比为0.5。

[0087] 对比实验结果如下：

[0088] 结合图1可以看出，实施例1制备得到的催化剂(15%Er0.5Mn0.5/BAC)明显比其它两种催化剂(15%Er0.5Mn0.5/SAW和15%Er0.5Mn0.5/SAC)具有更好的脱除toluene(甲苯)效果，这是由于双前体物制备的生物质炭载体具有更合理的微孔、介孔和大孔多级孔比例，有利于反应物和产物的传输和扩散，故15%Er0.5Mn0.5/BAC的toluene(甲苯)脱除率在220℃时达到最高值97.2%。

[0089] 关于稀土‑过渡金属混合氧化物的组分不可替换性说明：

[0090] 稀土‑过渡金属混合氧化物的组分包含Er2O3和MnOX，采用这两类金属氧化物相比仅采用一类金属氧化物(Er2O3或MnOX)可使催化剂具有更好的脱除toluene(甲苯)效果。为了证明上述结论，在预先搭建好的甲苯脱除率验证系统中施行对比实验。所述甲苯脱除率验证系统的组成如上文所述，此处不再赘述。对比实验过程如上文所述，此处不再赘述。

[0091] 上述实验过程重复3组，3组实验的区别在于实验对象不同，分别以实施例1制备得到的催化剂(15%Er0.5Mn0.5/BAC)、不含Mn氧化物的催化剂(15%Er/BAC)，不含Er氧化物的催化剂(15%Mn/BAC)作为实验对象。每组实验包括多次仅在烟气加热温度上存在区别的实验，以获取不同烟气加热温度下的toluene(甲苯)脱除效果。上述括号内的简写式中，“15%”表示稀土‑过渡金属氧化物的负载量为15%，Er的下角标“0.5”表示Er占Er+Mn的摩尔比为0.5，Mn的下角标“0.5”表示Mn占Er+Mn的摩尔比为0.5。

[0092] 对比实验结果如下：

[0093] 结合图2可以看出，实施例1制备得到的催化剂(15%Er0.5Mn0.5/BAC)明显比其它两种催化剂(15%Er/BAC和15%Mn/BAC)具有更好的除toluene(甲苯)效果，这主要是这二者金属氧化物的协同效应所致，协同效应可提高金属氧化物的分散性，促进金属氧化物的氧化还原性，故15%Er0.5Mn0.5/BAC的toluene(甲苯)脱除率在220℃时达到最高值97.2%。

[0094] 关于稀土‑过渡金属混合氧化物的组分配比说明：

[0095] 稀土‑过渡金属混合氧化物包含Er2O3和MnOX，当Er占Er+Mn的摩尔比为0.5，Mn占Er+Mn的摩尔比为0.5时，催化剂具有更好的脱除toluene(甲苯)效果。为了证明上述结论，在预先搭建好的甲苯脱除率验证系统中施行对比实验。所述甲苯脱除率验证系统的组成如上文所述，此处不再赘述。对比实验过程如上文所述，此处不再赘述。

[0096] 上述实验过程重复7次，7次实验的区别在于稀土‑过渡金属混合氧化物中的组分配比不同，分别以实施例5制备得到的催化剂(15%Er0.25Mn0.75/BAC)、实施例6制备得到的催化剂(15%Er0.75Mn0.25/BAC)、实施例1制备得到的催化剂(15%Er0.5Mn0.5/BAC)、实施例7制备得到的催化剂(15%Er0.2Mn0.8/BAC)、实施例8制备得到的催化剂(15%Er0.8Mn0.2/BAC)、实施例9制备得到的催化剂(15%Er0.33Mn0.67/BAC)、实施例10制备得到的催化剂(15%Er0.67Mn0.33/BAC)作为实验对象。上述括号内的简写式中，“15%”表示稀土‑过渡金属氧化物的负载量为15%，Er的下角标表示Er占Er+Mn的摩尔比，Mn的下角标表示Mn占Er+Mn的摩尔比。

[0097] 对比实验结果如下：

[0098] 结合图3所示，实施例1制备得到的催化剂脱除toluene(甲苯)效果最好，toluene(甲苯)脱除率在220℃时达到最高值97.2%。这是因为稀土金属Er与过渡金属Mn能产生双金属协同效应，有助于促进金属氧化物分散，抑制金属氧化物团聚，能为吸附甲苯气体提供足够的吸附活性位点，能为催化甲苯氧化反应提供足够的催化活性位点。

[0099] 关于稀土‑过渡金属混合氧化物的负载量说明：

[0100] 稀土‑过渡金属混合氧化物的负载量为15%时，催化剂具有更好的脱除toluene(甲苯)效果。为了证明上述结论，在预先搭建好的甲苯脱除率验证系统中施行对比实验。所述甲苯脱除率验证系统的组成如上文所述，此处不再赘述。对比实验过程如上文所述，此处不再赘述。

[0101] 上述实验过程重复4次，4次实验的区别在于稀土‑过渡金属混合氧化物的负载量不同，分别以实施例3制备得到的催化剂(5%Er0.5Mn0.5/BAC)、实施例2制备得到的催化剂(10%Er0.5Mn0.5/BAC)、实施例1制备得到的催化剂(15%Er0.5Mn0.5/BAC)、实施例4制备得到的催化剂(20%Er0.5Mn0.5/BAC)作为实验对象。上述括号内的简写式中，“5%、10%、15%、20%”分别表示稀土‑过渡金属氧化物的负载量，Er的下角标“0.5”表示Er占Er+Mn的摩尔比为0.5，Mn的下角标“0.5”表示Mn占Er+Mn的摩尔比为0.5。

[0102] 对比实验结果如下：

[0103] 结合图4、5、6、7可以看出，稀土‑过渡金属混合氧化物的引入极大地改变了污泥‑秸秆生物质炭载体的表面结构，当稀土‑过渡金属混合氧化物的负载量为5 %和10%时，污泥‑秸秆生物质炭载体上仍有部分表面未被利用，当稀土‑过渡金属混合氧化物的负载量为20%时，污泥‑秸秆生物质炭载体上则出现大量金属氧化物的团聚现象，其必然会堵塞部分孔道。而当稀土‑过渡金属混合氧化物的负载量为15%时，金属氧化物分布较为均匀，能为催化反应提供足够的吸附和催化活性位点，从而具有最高的toluene(甲苯)去除效率。结合图
8可以看出，实施例1制备得到的催化剂除toluene(甲苯)效果最好，toluene(甲苯)脱除率在220℃时达到最高值97.2%。