CN102101052A - 一种以活性炭为载体的臭氧消除催化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可消除臭氧的催化剂，它是由以下方法制备而成的：(a)蜂窝状活性炭：将粒度为1000～3000目的活性炭粉，加入2％～20％的ZnCl2混合后，再加入由硅酸钠、二氧化铝粉、丙酮、乙醇按照质量体积比为1∶0.5～3∶2～5∶10～20组成的粘接剂，搅拌成胶泥状，压铸成型、烘干；(b)选择易溶于水的重金属盐溶于水，制备成浸渍液，将上述蜂窝状活性炭放入其中浸泡后，烘干；其中浸渍液中重金属盐的含量可为2％～30％(w/v)，其更为优选的含量5％～20％(w/v)。(c)将b步工序制备的蜂窝状活性炭加入碱溶液中浸泡后，漂洗、沥干，在160℃～220℃下烘干。本发明可有效提高单位体积有效负载量、耐湿性能好、使用寿命长、成本低、风阻小、无二次粉尘污染的。

Description

一种以活性炭为载体的臭氧消除催化剂
技术领域
本发明涉及化学催化剂，具体地说是一种用于消除空气中臭氧的催化剂。
背景技术
近年来，臭氧化技术在各领域的应用日趋广泛，如臭氧空气消毒机、紫外灯、果蔬消毒机、负离子发生器、静电除尘器、复印机等。这些装置排放到环境中的尾气里会含有一定量的臭氧。臭氧虽然是一种优良的消毒剂，但其本质是一种剧毒性气体，即使是低浓度的臭氧也会对人类及生存环境构成直接威胁。因此如何消除空气中的臭氧成为人们研究的重要课题。目前，处理臭氧尾气的方法主要有活性炭吸附法、热分解法、电磁波辐射法、药液吸收法和催化剂分解法等。在这些方法中尤以Pt、Pd、Ag、Ce等稀有金属组成的臭氧消除催化剂的消除效果最佳。但稀有金属组成的臭氧消除催化剂存在价格昂贵，制备工艺复杂、耐湿性差、使用寿命短等诸多缺点。为了降低制造成本，人们将研究重点转向由过渡金属氧化物组成的消除臭氧催化剂。现有的该类催化剂主要是由活性碳颗粒、惰性材料颗粒、金属蜂窝体、氧化铝蜂窝体、分子筛蜂窝体等负载体二次负载后形成的产品，其存在的缺点是负载量小，使用寿命短。如CN1679996A公开的一种除臭氧过滤网就是由活性炭粉、分散剂、催化剂水溶液、胶粘剂搅拌成胶泥，然后在陶瓷、纤维、海绵、铝蜂窝、纸蜂窝等多孔基材上烘干制成。该过滤网存在的问题是载体的比表面积小，催化剂有效含量低，使用寿命短。CN1375348A公开的一种消除臭氧及氮氧化物的催化剂，是将催化剂置于活性炭纤维载体中，然后经硝酸盐溶液浸泡、烘干制成。该催化剂存在的问题是活性炭纤维的比表面积太大，因而放置在单位体积内的有效负载量非常低，故其实际应用受到限制。CN101219232A公开了一种多功能除臭氧蜂窝网，其首先制备一多孔蜂窝滤网，再将含有活性碳、氧化分解催化剂、纳米银抗菌粉、润湿分散剂、成膜剂和水的除臭氧溶液喷涂在蜂窝滤网的内表面上，再烘干而成。该催化剂存在的问题是，在使用时活性炭颗粒容易被气流从蜂窝滤滤网中吹出，因而可导致活性炭粉尘污染。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种可有效提高单位体积有效负载量、耐湿性能好、使用寿命长、成本低、风阻小、无二次粉尘污染的消除臭氧的催化剂。
本发明的目的是这样实现的：
本发明所提供的以活性炭为载体的臭氧消除催化剂，是采用以下方法制备而成：
(a)蜂窝状活性炭：将粒度为1000～3000目的活性炭粉，加入2％～20％的ZnCl2混合后，再加入由硅酸钠、二氧化铝粉、丙酮、乙醇按照质量体积比为1∶0.5～3∶2～5∶10～20组成的粘接剂，搅拌成胶泥状，压铸成型、烘干；
(b)选择易溶于水的重金属盐溶于水，制备成浸渍液，将上述成型的蜂窝状活性炭放入其中浸泡后，烘干；
其中浸渍液中重金属盐的含量可为2％～30％(w/v)，其更为优选的含量5％～20％(w/v)。
(c)将b步工序制备的蜂窝状活性炭加入碱溶液中浸泡后，漂洗、沥干，在160℃～220℃下烘干。
本发明中所说的易溶于水的重金属盐是指由酸根离子和重金属离子组成的化合物，如三氯化铁、硫酸铜、硫酸镍.硝酸镍、氯化镍、三氯化铈、硫酸铈、氯化钴等，这些盐与氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液反应能够生成不溶性金属氢氧化物或金属含氧酸盐，如氢氧化铁、碳酸铁等。由此在制备臭氧消除催化剂时，所选用的重金属盐在浸泡成型蜂窝状活性炭的过程中，被均匀分散于蜂窝状活性炭的每一个空隙之中；当其烘干后再加用碱溶液浸泡，化学反应沉淀物(金属氢氧化物或金属含氧酸盐)亦随即分散于蜂窝状活性炭的每一个空隙之中；此时再经160℃～220℃温度的烘干，使金属氢氧化物或金属含氧酸盐发生分解，从而生成活性位均布于蜂窝状活性炭整个载体中的金属氧化物。
本发明所述的重金属盐可选用铁盐、镍盐、铜盐、铈盐、钴盐中的一种，更为优选的是选用两种以上的化合物的混合物，如氯化铁与硫酸铜的混合物，硫酸镍与硝硫酸铜的混合物，氯化铈与氯化铁和氯化铜的混合物等等。采用不同重金属盐之间进行混合，可使最终生成均有不同价态的金属氧化物，由此进一步提高了消除臭氧效果。
本发明更为优选的重金属盐为氯化铁、硫酸镍、硫酸铜、氯化铈、氯化钴的一种或两种以上化合物的任意配比的组合物。这些重金属盐成本低，使用效果好。
本发明所述的蜂窝状活性炭其外形结构优选厚度＞15mm；贯穿孔截面为正方形，孔的边长为0.5mm～5mm；孔边的厚度为孔边长的1/4～1/2。由此可更好增强本发明的使用效果以及使用寿命。
本发明臭氧消除催化剂具有活性位单位密度大，与空气接触面积大，消除效率高，耐湿性能好、成本低等诸多有益之处。
本发明的有益效果通过以下试验得到了验证。
试验方法：
催化剂活性评价装置由臭氧发生装置连接于玻璃连续反应装置而成，玻璃管内径5mm，管长200mm。臭氧的浓度由美国Interscan公司4480型臭氧分析仪测定。粉尘由灰尘检测仪检测。
在空气臭氧含量400mg/m3，空速1000-3000h-1，以及在等体积、不同湿度、不同时间条件下测定臭氧消除率。测定结果详见表1.
表1：
Figure BDA0000045895240000031
有上述测定结果可见，本发明的消除效率高，在湿度环境中依旧具有良好的催化分性能且连续180h穿透测试，无催化衰减现象发生。
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详述，但其并不对本发明的保护范围构成限制。
实施例1
(a)制备蜂窝状活性炭：将粒度为3000目、比表面积＞1000mg/m2的煤质活性炭粉2kg，加入0.14kg ZnCl2进行活化；再加入粘接剂搅拌成胶泥状，压铸成厚度20mm；贯穿孔截面为正方形，内孔边长1mm，孔边厚度为0.5mm的形状，烘干；其中粘接剂由1kg硅酸钠，二氧化铝粉0.5kg、丙酮2L、乙醇10L混合而成。
(b)按照100ml水中加入5g硫酸镍、4g硫酸铜的配比，制备浸渍液，将a步工序制备的成型的蜂窝状活性炭放入整个浸渍液浸泡，浸渍液浸透后，烘干；
(c)将b步工序制备的蜂窝状活性炭加入10％NaOH(g/ml)浸渍10分钟，用蒸馏水漂洗3次、沥干，在180℃下，干燥1小时。
实施例2
(a)制备蜂窝状活性炭：将粒度为1000目活性炭粉加入以重量计为2％的ZnCl2粉进行活化；再加入粘接剂搅拌成胶泥状烘干；其中粘接剂由1kg硅酸钠，二氧化铝粉3kg、丙酮5L、乙醇20L混合而成。
(b)按照100ml水中加入20g氯化铈，制备浸渍液，将a步工序制备的成型的蜂窝状活性炭放入整个浸渍液浸泡，浸渍液浸透后，烘干；
(c)将b步工序制备的蜂窝状活性炭加入5％Na2CO3(g/ml)浸渍15分钟，用蒸馏水漂洗2次、沥干，在220℃下，干燥2小时。
实施例3
(a)制备蜂窝状活性炭：将粒度为2000目活性炭粉加入5％的ZnCl2进行活化；再加入粘接剂搅拌成胶泥状烘干；其中粘接剂由1kg硅酸钠，二氧化铝粉1kg、丙酮3L、乙醇15L混合而成。
(b)按照100ml水中加入4g硫酸铜，8g硫酸铁，制备成浸渍液，将a步工序制备的蜂窝状活性炭放入整个浸渍液浸泡，浸渍液浸透后，烘干；
(c)将b步工序制备的蜂窝状活性炭加入15％NH4OH(g/ml)浸渍20分钟，用蒸馏水漂洗2次、沥干，在160℃下，干燥1小时。
对比实施例
按照100ml水中加入4g硫酸铜制备成浸渍液，将活性炭经ZnCl2活化处理后放入浸渍液中，并加入4g氧化锰，搅拌成泥状，放入烘箱中于100℃干燥4h，再将其浸入10％的Na2CO3溶液中，100℃干燥4h，取出后用蒸馏水洗涤，再于100℃～120℃干燥8h，即得。
实施例4-7中的制备方法参照实施例1-3进行，不同之处在于所选用的重金属盐有所不同，但均具有本发明所述效果。详见表2.
表2：
 实施例4  实施例5  实施例6  实施例7
  氯化铁  2
  硫酸镍  2  25
  硫酸铜  2  10
  氯化铈  2
  硝酸铈  10
  硝酸镍   10

Claims (5)

1.一种以活性炭为载体的臭氧消除催化剂，其特征在于它是采用以下方法制备而成：
(a)蜂窝状活性炭：将粒度为1000～3000目的活性炭粉，加入以重量计为2～20％的ZnCl2粉混合后，再加入由硅酸钠、二氧化铝粉、丙酮、乙醇按照质量体积比为1∶0.5～3∶2～5∶10～20组成的粘接剂，搅拌成胶泥状，压铸成型、烘干；
(b)选择易溶于水的重金属盐溶于水，制备成浸渍液，将上述成型的蜂窝状活性炭放入其中浸泡后，烘干；
(c)将b步工序制备的蜂窝状活性炭加入碱溶液中浸泡后，漂洗、沥干，在160℃～220℃下烘干。
2.根据权利要求1所述的臭氧消除催化剂，其特征在于所述的为重金属盐铁盐、镍盐、铜盐、铈盐、钴盐中的一种或两种以上的化合物。
3.根据权利要求2所述的臭氧消除催化剂，其特征在于所述的重金属盐为氯化铁、硫酸镍、硫酸铜、氯化铈、氯化钴的一种或两种以上化合物的任意配比的组合物。
4.根据权利要求3所述的臭氧消除催化剂，其特征在于所述的蜂窝状活性炭其厚度＞15mm；贯穿孔截面为正方形，孔的边长为0.5mm～5mm；孔边的厚度为孔边长的1/4～1/2。
5.根据权利要求3所述的臭氧消除催化剂，其特征在于所述浸渍液的浓度为5％～20％(w/v)。
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