CN105013507A - 一种室温下分解空气中臭氧的复合型催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种室温下分解空气中臭氧的复合型催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种室温下分解臭氧的复合型催化剂，该复合型催化剂包括多孔载体和金属氧化物活性成分。本发明还提供了该复合型催化剂的制备方法。该复合型催化剂可显著提高臭氧的分解效率，且具有较长的净化寿命，具有广泛应用的前景；该制备方法工艺简单，不需要大型复杂的生产设备，生产成本低。

Description

一种室温下分解空气中臭氧的复合型催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于臭氧净化领域，特别涉及一种室温下分解空气中臭氧的催化剂及其制备方法。
背景技术
在日常工作与生活中，人们所接触到的臭氧污染一部分是来源于燃烧煤和天燃气以及机动车尾气所排放的氮氧化物和各种挥发性有机物在阳光的照射下经过光化学反应所生成的臭氧；另一个主要来源就是复印机、各类电器、自来水及废水处理、化工产品合成等设备在运行时所产生的臭氧。
一提到臭氧，人们会认为它是大气层中让人类免受紫外线伤害的“保护伞”。但美国科学家经过长期研究发现，一向以正面形象示人的臭氧其实是人体健康的“温柔杀手”。
臭氧超标的后果：
强烈刺激人的呼吸道，造成咽喉肿痛、胸闷咳嗽、引发支气管炎和肺气肿；
臭氧会造成人的神经中毒，头晕头痛、视力下降、记忆力衰退；
臭氧会对人体皮肤中的维生素E起到破坏作用，致使人的皮肤起皱、出现黑斑；
臭氧还会破坏人体的免疫机能，诱发淋巴细胞染色体病变，加速衰老，致使胎儿畸形；
而复印机墨粉发热产生的臭氧及有机废气更是一种强致癌物质，它会引发各类癌症和心血管疾病。
因此，臭氧所造成的危害必须引起人们的高度重视。在产生臭氧的场所要及时进行臭氧的分解净化，以免对周围人群造成伤害。
目前用于臭氧分解的催化剂大多为金属氧化物或复合金属氧化物，虽然具有一定的使用寿命，但是制备工艺比较复杂，很难实现大规模生产。因此提供一种工艺简单，臭氧分解效率高，应用广泛，使用寿命长的臭氧催化剂具有重要意义。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种室温下分解空气中臭氧的复合型催化剂，可在室温下高效分解空气中臭氧，净化效率高，净化寿命长。
本发明的主要目的在于提供一种室温下分解臭氧的复合型催化剂的制备方法，所述制备方法包括：1)多孔载体预处理：将多孔载体在烘箱内预处理；2)活性组分溶液的配制：将可溶性银盐、铁盐、锰盐、铈盐按照摩尔比1:0.4～1.4:0.2～0.6:0.01～0.05的比例配制成溶液，等体积混合均匀；3)浸渍处理：将所述预处理的多孔载体浸入活性组分溶液中4-6h，使多孔载体完全吸附活性组分溶液，取出干燥；以及4)沉淀处理：将干燥后的多孔载体浸入碳酸盐溶液反应，取出洗涤，高温加热氧化即得催化剂成品。本发明的催化剂可以在室温条件下催化分解臭氧；该催化剂的活性组分还可以包括铂，银，铜，铁，锰，锆，铈，钴金属群中的一种或多种金属氧化物。
本发明制备所述复合型催化剂的制备方法可以具体包括：1)多孔载体预处理：将多孔载体在烘箱内100℃-150℃预处理2h-4h；2)活性组分溶液的配制：将可溶性银盐、铁盐、锰盐、铈盐按照摩尔比1:0.4～1.4:0.2～0.6:0.01～0.05的比例配制成溶液，混合均匀；3)浸渍处理：将预处理的多孔载体浸入活性组分溶液中4-6h，取出干燥；4)沉淀处理：将干燥后的多孔载体浸入0.4mol/L碳酸盐溶液中4-6h，取出洗涤2-3次，高温加热氧化即得催化剂成品。优选地，所述步骤1)中多孔载体包括活性炭、分子筛、陶瓷蜂窝、活性炭蜂窝。
优选地，所述步骤2)中所述的可溶性银盐为硝酸银；可溶性铁盐为硫酸铁、硝酸铁或氯化铁，可溶性锰盐为硫酸锰、硝酸锰或氯化锰；可溶性铈盐为硫酸铈或硝酸铈。
优选地，所述步骤4)中碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾。
优选地，所述步骤4)中高温加热氧化温度为120～180℃。
优选地，所述步骤4)中高温加热氧化时间为5～10h。
优选地，所述步骤4)中碳酸盐溶液为0.4～0.6mol/L，所述碳酸盐包括碳酸钠。
本发明的另一目的在于提供一种复合型催化剂，所述复合型催化剂包括多孔载体和金属氧化物活性成分。
优选地，多孔载体的比表面积为300-600㎡/g。
本发明利用大比表面积的多孔材料做载体，可显著提高复合催化剂的活性成分的搭载量，且大比表面积有利于臭氧的吸附，进而将臭氧催化分解，提高臭氧的分解效率；该制作工艺简单，不需要大型复杂的生产设备，生产成本低；该复合型催化剂可制作成各种规格和形状的臭氧催化分解组件，广泛应用于空调，家用空气净化器，以及专门用于除臭氧的空气净化器等，满足各种净化设备的需求。可对复印机、化工产品合成、自来水及废水处理、各类电器等设备运行中产生的臭氧污染进行有效净化。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1
将1000g椰壳活性炭在烘箱内110℃干燥2h；称量85g硝酸银，100g硝酸铁，45g硝酸锰，4g硝酸铈，分别溶于500ml去离子水中，并将四种溶液混合均匀记为溶液A；称量93.5g碳酸钠溶于2L去离子水中，记为溶液B；将椰壳活性炭浸入溶液A中6h，取出110℃干燥8h，浸入B溶液中6h，取出后用去离子水洗涤三次，150℃干燥8h，即得催化剂成品。
催化剂性能测试：将臭氧催化剂制作成组件记为臭氧过滤器，催化剂装填量为300g，臭氧过滤器尺寸为：300×300×30mm。开启风机，调节风机转速，根据风速仪的实测值将测试风道内风速调至0.5m/s。待风道内风速稳定3分钟后，连接臭氧浓度测试仪(型号model205)到滤前采样口，打开并调节臭氧发生装置，根据臭氧浓度测试仪的实测值将测试风道内臭氧滤前浓度调至1000×10-9(v/v)，记为C0。待臭氧滤前浓度稳定10分钟后，将臭氧过滤器连接到风道，在滤后采样口测试臭氧滤后浓度平均值，记为Ci。
臭氧过滤器净化效率计算公式：
E = ( C 0 - C i C 0 ) × 100 %
式中：
E——臭氧的净化效率，单位为％；
C0——臭氧滤前浓度，单位为10-9(v/v)；
Ci——臭氧滤后浓度，单位为10-9(v/v)。
臭氧催化剂寿命测试：同样条件下，经过24小时运行后再次测试，得出过滤器臭氧净化效率E24。则过滤器的(24小时)净化效率衰减率D24
D 24 = ( E - E 24 E ) × 100 %
式中：
D24——经过24小时测试后，臭氧净化效率衰减率，单位为％；
E——初始臭氧净化效率，单位为％；
E24——经过24小时测试后的臭氧净化效率，单位为％。
净化寿命计算：
T m = 24 × ( 50 % D 24 )
式中：
Tm——净化寿命，单位为h；
D24——臭氧24小时净化效率衰减率，单位为％。
经测试该催化剂样品的净化效率为99％，净化寿命为1500小时。
实施例2
将1000g分子筛在烘箱内110℃干燥2h；称量85g硝酸银，100g硝酸铁，45g硝酸锰，4g硝酸铈，分别溶于500ml去离子水中，并将四种溶液混合均匀记为溶液A；称量93.5g碳酸钠溶于2L去离子水中，记为溶液B；将分子筛浸入溶液A中6h，取出110℃干燥8h，浸入B溶液中6h，取出后用去离子水洗涤三次，110℃干燥8h，即得催化剂成品。
催化剂性能测试同实施例1，经测试该催化剂样品的净化效率为95％，净化寿命为1200小时。
实施例3
将9片规格为100×100×30mm的活性炭蜂窝在烘箱内110℃干燥2h；称量85g硝酸银，100g硝酸铁，45g硝酸锰，4g硝酸铈，分别溶于500ml去离子水中，并将四种溶液混合均匀记为溶液A；称量93.5g碳酸钠溶于2L去离子水中，记为溶液B；将活性炭蜂窝浸入溶液A中6h，取出110℃干燥8h，浸入B溶液中6h，取出后用去离子水洗涤三次，110℃干燥8h，即得催化剂成品。
催化剂性能测试同实施例1，经测试该催化剂样品的净化效率为100％，净化寿命为2500小时。
实施例4
将9片规格为100×100×30mm的陶瓷蜂窝在烘箱内110℃干燥2h；称量85g硝酸银，100g硝酸铁，45g硝酸锰，4g硝酸铈，分别溶于500ml去离子水中，并将四种溶液混合均匀记为溶液A；称量93.5g碳酸钠溶于2L去离子水中，记为溶液B；将陶瓷蜂窝浸入溶液A中6h，取出110℃干燥8h，浸入B溶液中6h，取出后用去离子水洗涤三次，110℃干燥8h，即得催化剂成品。
催化剂性能测试同实施例1，经测试该催化剂样品的净化效率为97％，净化寿命为1300小时。
实施例5
将1000g椰壳活性炭在烘箱内110℃干燥2h；称量85g硝酸银，161.6g硝酸铁，30g硝酸锰，10.8g硝酸铈，分别溶于500ml去离子水中，并将四种溶液混合均匀记为溶液A；称量110g碳酸钠溶于2L去离子水中，记为溶液B；将椰壳活性炭浸入溶液A中6h，取出110℃干燥8h，浸入B溶液中6h，取出后用去离子水洗涤三次，110℃干燥8h，即得催化剂成品。
催化剂性能测试同实施例1，经测试该催化剂样品的净化效率为100％，净化寿命为1800小时。
实施例6
将1000g椰壳活性炭在烘箱内110℃干燥2h；称量85g硝酸银，121.2g硝酸铁，35.8g硝酸锰，8.7g硝酸铈，分别溶于500ml去离子水中，并将四种溶液混合均匀记为溶液A；称量95.7g碳酸钠溶于2L去离子水中，记为溶液B；将椰壳活性炭浸入溶液A中6h，取出110℃干燥8h，浸入B溶液中6h，取出后用去离子水洗涤三次，110℃干燥8h，即得催化剂成品。
催化剂性能测试同实施例1，经测试该催化剂样品的净化效率为100％，净化寿命为2300小时。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种室温下分解臭氧的复合型催化剂的制备方法，所述制备方法包括：
1)多孔载体预处理：将多孔载体在烘箱内预处理；
2)活性组分溶液的配制：将可溶性银盐、铁盐、锰盐、铈盐按照摩尔比1:0.4～1.4:0.2～0.6:0.01～0.05的比例配制成溶液，等体积混合均匀；
3)浸渍处理：将所述预处理的多孔载体浸入活性组分溶液中4-6h,使多孔载体完全吸附活性组分溶液，取出干燥；以及
4)沉淀处理：将干燥后的多孔载体浸入碳酸盐溶液反应，取出洗涤，高温加热氧化即得催化剂成品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中多孔载体包括活性炭、分子筛、陶瓷蜂窝、活性炭蜂窝。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中所述的可溶性银盐为硝酸银；可溶性铁盐为硫酸铁、硝酸铁或氯化铁，可溶性锰盐为硫酸锰、硝酸锰或氯化锰；可溶性铈盐为硫酸铈或硝酸铈。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中高温加热氧化温度为120～180℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中高温加热氧化时间为5～10h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中碳酸盐溶液为0.4～0.6mol/L，所述碳酸盐包括碳酸钠。
8.一种根据权利要求1～7任一项所述的制备方法制备的复合型催化剂。
9.根据权利要求8所述的复合型催化剂，其特征在于，多孔载体的比表面积为300-600㎡/g。
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