CN107243343A - 一种空气净化复合催化剂材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气净化复合催化剂材料及其制备方法，该制备方法包括：在水中加入氧化剂和MnII盐，搅拌至完全溶解并进行沉淀反应得到含有前躯体的混合液；将上述混合液加入到反应釜中进行高温高压反应，反应完毕后经过清洗、过滤工艺，即得到二氧化锰滤渣待用；将无机多孔材料浸泡到银盐溶液中进行吸附反应后过滤，再通过氮气或惰性气体保护下的煅烧工艺得到附银无机多孔材料；液相球磨混合所述二氧化锰滤渣和附银无机多孔材料得到悬浮液，最后再采取喷雾干燥工艺得到球形空气净化复合催化剂材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种催化剂材料及其制备方法，尤其涉及一种空气净化复合催化剂材料及其制备方法。
背景技术
现阶段现代文明进入高速发展阶段，大气污染也越来越严重。这些污染物主要产生和分布在工业区、汽车和轮船等交通工具、居室内等广泛的空间，可以说无处不存在污染，这种室内外污染，严重影响着人们的身心健康。
针对越来越严重的大气污染，目前已经产生了多种特定的产品。目前，市场上空气净化产品多数只带有过滤材料，其功能仅有除尘这一项；仅有少数产品添加了无机多孔吸附材料制备而成的净化滤网，具备了吸附挥发性有害气体的功能，但是由于其吸附材料吸附容量有限，需要经常更换滤材，造成了使用的麻烦，增加了使用成本，更重要的是没有从根本上满足净化空气的需求。此外，目前的空气净化产品中的净化材料功能过于单一，难以应对治理成分复杂的室内空气，对于室内的一些细菌、特殊气味等无能为力。由于当前室内空气污染的特殊性和复杂性，急需一种不仅能有效净化空气中挥发性有效气体成分，同时具备持续长久的抗菌杀菌和除味功能、且能长期使用无需更换的多功能空气净化材料。
CN 102989423 A中公开了一种空气净化材料，由80-100份竹碳，50-80份沸石，10-30份壳聚糖组成。该发明技术方案结合了竹碳和壳聚糖这两者的优点，具有良好的空气净化效果，且具有一定的抗菌除湿作用。然而由于上述材料仅靠吸附作用净化空气，其自身的吸附容量有限，导致在应用的过程中，需要经常更换，带来了很大的麻烦，而且并没有彻底净化污染物，还有带来二次污染的风险。CN 102218312 B中公开了去除空气中低浓度苯系物的锰铈复合氧化物催化剂及其制备方法，其制备的氧化物催化剂材料对苯系物及臭氧均有良好的分解性能，同时能够适应多种不同的苯系物初始浓度，反应条件温和，稳定性好。其仅有单一的净化降解有害气体，并不具备其他的多功能，难以应用于净化成分复杂的室内外空气。
发明内容
针对上述所涉及的问题，本发明的目的是提供一种多功能空气净化复合催化剂材料的制备方法，这种方法制备的空心球形空气净化复合催化剂材料由多种成分复合而成，具有高比表面积，可以起到高效催化降解空气中的污染物和抗菌杀菌的作用；且具有良好的流动性，具备良好的成型加工性能。该材料为二氧化锰催化剂材料和附银无机多孔材料组成的复合材料，结合湿法球磨分散和喷雾干燥工艺，得到了具有高比表面积、催化降解性能好且加工性能好的空气净化材料。
为了实现上述目的，本发明是采用如下技术方案实现制备出一种多功能空气净化复合催化剂材料，利用液相氧化还原反应和高温高压反应制备出金属氧化物催化剂材料；利用浸渍银盐后的无机多孔材料再结合煅烧还原得到附银无机多孔材料，将所得的金属氧化物催化剂材料和附银无机多孔材料的混合悬浮液进行球磨处理，最后通过喷雾干燥工艺得到球形多功能空气净化复合催化剂材料。
该多功能空气净化复合催化剂材料的制备工艺主要包括液相氧化还原沉淀反应、液相高温高压反应、附银无机多孔材料的制备过程、湿法球磨工艺及喷雾干燥工艺。具体如下：本发明所述的多功能空气净化复合催化剂材料通过如下方法制备：在水中分别加入氧化剂和MnII盐，搅拌至完全溶解并进行沉淀反应得到含有前躯体的混合液；将上述混合液加入到反应釜中进行高温高压反应，反应完毕后经过清洗、过滤工艺，即得到二氧化锰滤渣待用。将无机多孔材料浸泡到银盐溶液中进行吸附反应后过滤，再通过氮气或惰性气体保护下的煅烧工艺得到附银无机多孔材料；液相球磨混合上述制备的二氧化锰滤渣和附银无机多孔材料得到悬浮液，最后再采取喷雾干燥工艺得到球形空气净化复合催化剂材料。
作为优选，所述的MnII盐选用硫酸锰、硝酸锰、碳酸锰、氯化锰中的任意一种或多种；
作为优选，所述的氧化剂选用高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸铵、过氧化氢中的任意一种或多种；
作为优选，所述的MnII盐和氧化剂的摩尔比为1∶(1-3.5)；
作为优选，所述的沉淀反应中固液比范围为1∶(8-50)；
作为优选，所述的沉淀反应中反应温度范围为0-95℃；
作为优选，所述的沉淀反应时间为1-30h；
作为优选，所述的高温高压反应的压力范围为0.1-2.0兆帕，温度范围为100-200℃；
作为优选，所述的高温高压反应时间范围为1-20h；
作为优选，所述的二氧化锰滤渣与附银无机多孔材料的质量比为1∶(0.5-1.5)；
作为优选，所述的无机多孔材料可以选用活性炭、多孔二氧化硅和多孔氧化铝中的任意一种或多种的组合物。
作为优选，所述的银盐选用硝酸银、硫酸银、碳酸银中的一种或多种；
作为优选，所述的银盐溶液浓度为0.1-5mol/L；
作为优选，所述的吸附反应温度为0-95℃；
作为优选，所述的吸附反应时间为1-30h；
作为优选，所述的惰性气体选用氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中的一种或多种；
作为优选，所述的氮气或惰性气体流量为0.2-5L/min；
作为优选，所述煅烧的温度为440-1200℃；
作为优选，所述煅烧的时间为0.5-20h；
作为优选，所述的悬浮液固含量为5-50wt％；
作为优选，所述球磨中的球磨介质粒径选用1-5mm；
作为优选，所述球磨的时间为1-20h；
作为优选，所述球磨的转速为1000-2000转/min；
作为优选，所述的喷雾干燥温度范围为100-200℃；
作为优选，所述的喷雾干燥进料流速范围为1-1200L/h；
在多种空气净化材料中，过渡金属氧化物具有优良的催化性能，可以有效且持久的降解空气中的挥发性有害气体，而且使用过程中无需更换，使用寿命长。无机多孔材料因为具有大的比表面积，可以吸附有害气体，为催化反应提供比较大的反应空间，还可以起到除味的作用。由于无机多孔材料具有较大的比表面积和有独特的表面活性，对催化剂的催化降解反应起来协同作用；而且无机多孔材料由于具有巨大的比表面积，表面活性高更容易进行表面附银改性反应；附银无机多孔材料不但能有效吸附空气中挥发性有害气体，且能长效抗菌除菌。由二氧化锰催化剂、无机多孔材料和银进行有效复合，结合湿法球磨和喷雾干燥工艺得到空心球形的空气净化复合催化剂材料，可以在长期有效净化空气中挥发性有害气体的同时，还可以起到抗菌杀菌、除味的作用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、空气净化复合催化剂材料，具有空气净化、杀菌和除味等多重功效；
2、液相反应和混合，物料混合更充分，净化效率更高；
3、制备出空心球形的产品，空气阻力小，净化效果好；
4、采用喷雾干燥工艺使得二氧化锰催化剂与附银无机多孔材料进一步进行复合，从而得到球形颗粒，其流动相好，产品更易成型。
附图说明
图1为空气净化复合催化剂材料的制备工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
在305g纯水中依次加入15.8g高锰酸钾和22.3g四水硫酸锰，充分搅拌至完全溶解，在95℃下反应1h，再将溶液转移至100℃、2兆帕的密闭反应釜中反应20h后取出清洗、过滤得到催化剂滤渣待用。将41.4g烘干后的椰壳(据报道，干椰壳的含碳量为21％)破碎浸没到500mL5mol/L的硝酸银溶液中，在0℃的条件下浸渍30h后取出，放入到440℃的高温炉中，在氮气(气流为0.2L/min)气氛保护下煅烧20h后得到附银生物质活性炭。将上述制备的二氧化锰催化剂滤渣和附银生物质活性炭混合并加入32.6g水，再放入到球磨设备中，加入1mm的氧化锆球子在1500r/min的条件下球磨10h后得到固含量为50％混合悬浮液；再将上述悬浮液通过1L/h的流速进入到100℃的喷雾干燥设备中干燥，最后得到多功能空气净化复合催化剂材料。
选取温度为23-27℃、相对湿度为40-60％、尺寸为30m3的测试舱环境内进行该多功能空气净化复合催化剂材料的空气净化性能评价。选取甲醛、苯、甲苯、二甲苯和臭氧这四种有害物质为净化效果进行测试项目；选取霉菌为其杀菌效果的表征参数。经过检测发现，本实施例中所制备的多功能空气净化复合催化剂材料对甲醛、苯、甲苯和臭氧的2h净化率分别达到83％、99％、99％和99％；对霉菌的8h杀菌率达100％。
实施例2
在571g纯水中依次加入14.2g高锰酸钠和14.35g六水硫酸锰，充分搅拌至完全溶解，在50℃下反应10h，再将溶液转移至150℃、1.5兆帕的密闭反应釜中反应10h后取出清洗、过滤得到催化剂滤渣待用。将47.2g多孔二氧化硅粉末浸没到500mL 3mol/L的硫酸银溶液中，在50℃条件浸渍12h后取出，放入到800℃的高温炉中，在氩气(气流为1.5L/min)气氛保护下煅烧6h后得到附银多孔二氧化硅材料。将上述制备的二氧化锰催化剂滤渣和附银多孔二氧化硅混合并加入413.3g水，再放入到球磨设备中，加入5mm的氧化锆球子在1000r/min的条件下球磨1h后得到固含量为5％混合悬浮液；再将上述悬浮液通过100L/h的流速进入到120℃的喷雾干燥设备中干燥，最后得到多功能空气净化复合催化剂材料。
经过检测发现，本实施例中所制备的多功能空气净化复合催化剂材料对甲醛、苯、甲苯和臭氧的2h净化率分别达到82.5％、99％、99％和98％；对霉菌的8h杀菌率达100％。
实施例3
在1600g纯水中依次加入22.05g高锰酸锂和9.9g四水氯化锰，充分搅拌至完全溶解，在0℃下反应30h，再将溶液转移至200℃、0.5兆帕的密闭反应釜中反应1h后取出清洗、过滤得到催化剂滤渣待用。将80.24g多孔氧化铝浸没到500mL 1mol/L的硫酸银溶液中，在70℃条件浸渍6h后取出，放入到1200℃的高温炉中，在氦气(气流为3L/min)气氛保护下煅烧1h后得到附银多孔氧化铝材料。将上述制备的二氧化锰催化剂滤渣和附银多孔氧化铝混合并加入110.7g水，再放入到球磨设备中，加入3mm的氧化锆球子在1200r/min的条件下球磨15h后得到固含量为20％混合悬浮液；再将上述悬浮液通过500L/h的流速进入到140℃的喷雾干燥设备中干燥，最后得到多功能空气净化复合催化剂材料。
经过检测发现，本实施例中所制备的多功能空气净化复合催化剂材料对甲醛、苯、甲苯和臭氧的2h净化率分别达到82％、99％、99％和99％；对霉菌的8h杀菌率达99％。
实施例4
在1030g纯水中依次加入19.95g高锰酸铵和14.35g六水硫酸锰，充分搅拌至完全溶解，在室温下反应15h，再将溶液转移至180℃、0.8兆帕的密闭反应釜中反应6h后取出清洗、过滤得到催化剂滤渣待用。将27.9g烘干后的大麦杆(据报道，干玉米杆的含碳量为46.8％)破碎浸没到500mL0.1mol/L的碳酸银溶液中，在95℃条件浸渍1h后取出，放入到1000℃的高温炉中，在氩气(气流为5L/min)气氛保护下煅烧4h后得到附银生物质活性炭。将上述制备的二氧化锰催化剂滤渣和附银生物质活性炭混合并加入175.5g水，再放入到球磨设备中，加入3mm的氧化锆球子在1800r/min的条件下球磨20h后得到固含量为12％混合悬浮液；再将上述悬浮液通过1000L/h的流速进入到180℃的喷雾干燥设备中干燥，最后得到多功能空气净化复合催化剂材料。
经过检测发现，本实施例中所制备的多功能空气净化复合催化剂材料对甲醛、苯、甲苯和臭氧的2h净化率分别达到83％、99％、99％和97％；对霉菌的8h杀菌率达98％。
实施例5
在1355g纯水中依次加入18.96g高锰酸钾和14.87g四水硫酸锰，充分搅拌至完全溶解，在70℃下反应5h，再将溶液转移至130℃、1.5兆帕的密闭反应釜中反应12h后取出清洗、过滤得到催化剂滤渣待用。将27.8g烘干后的稻杆(据报道，干玉米杆的含碳量为41.8％)破碎浸没到500mL 2mol/L的碳酸银溶液中，在室温条件浸渍20h后取出，放入到600℃的高温炉中，在氮气(气流为1L/min)气氛保护下煅烧15h后得到附银生物质活性炭。将上述制备的二氧化锰催化剂滤渣和附银生物质活性炭混合并加入48.5g水，再放入到球磨设备中，加入2mm的氧化锆球子在1600r/min的条件下球磨5h后得到固含量为35％混合悬浮液；再将上述悬浮液通过1200L/h的流速进入到200℃的喷雾干燥设备中干燥，最后得到多功能空气净化复合催化剂材料。
经过检测发现，本实施例中所制备的多功能空气净化复合催化剂材料对甲醛、苯、甲苯和臭氧的2h净化率分别达到83％、99％、98％和99％；对霉菌的8h杀菌率达100％。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种空气净化复合催化剂材料的制备方法，其包括：
在水中加入氧化剂和MnII盐，搅拌至完全溶解并进行沉淀反应得到含有前躯体的混合液，将上述混合液加入到反应釜中进行高温高压反应，反应完毕后经过清洗、过滤工艺，即得到二氧化锰滤渣待用；
将无机多孔材料浸泡到银盐溶液中进行吸附反应后过滤，再通过氮气或惰性气体保护下的煅烧工艺得到附银无机多孔材料；
液相球磨混合所述二氧化锰滤渣和附银无机多孔材料得到悬浮液，最后再采取喷雾干燥工艺得到球形空气净化复合催化剂材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述的MnII盐选用硫酸锰、硝酸锰、碳酸锰、氯化锰中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述的氧化剂选用高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸铵、过氧化氢中的一种或多种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其中，所述的MnII盐和氧化剂的摩尔比为1∶(1-3.5)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其中，所述的沉淀反应中固液比范围为1∶(8-50)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其中，所述的沉淀反应中反应温度范围为0-95℃。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其中，所述的沉淀反应时间为1-30h。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其中，所述的高温高压反应的压力范围为0.1-2.0兆帕，温度范围为100-200℃。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的制备方法，其中，所述的高温高压反应时间范围为1-20h。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法，其中，所述的二氧化锰滤渣与附银活性碳的质量比为1∶(0.5-1.5)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171013 |
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