CN110433820A - 一种气体中臭氧分解用催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气体中臭氧分解用催化剂及其制备方法。本发明包括以下步骤：S1：纤维状多孔导电炭黑的制备，得纤维状多孔导电炭黑；S2：臭氧分解用催化剂的制备，取电解液，采用电化学沉积法将电解液沉积到上述所得的纤维状多孔导电炭黑中，电化学沉积时，温度为85‑95℃，电压为2‑5V，通电时间为1‑3h；取出，固化，固化温度为300‑350℃，固化时间为30‑60min，截断，得臭氧分解用催化剂。本发明的臭氧分解用催化剂以纤维状多孔导电炭黑为载体，锰铈铁镍为主要活性组分，活性组分均匀覆盖于载体的孔隙中，催化效率高，活性大，热稳定性好，寿命长，粉尘脱落少，制备工艺简单，成本低，使用安全，无隐患。
Description
技术领域
本发明属于气体处理的技术领域，特别是指一种气体中臭氧分解用催化剂及其制备方法。
背景技术
臭氧已经广泛的使用在饮用水的净化、工业用水和污水的杀菌消毒以及石油化工行业的脱硫脱硝中。随着臭氧的广泛应用，伴随着大量气体排空，一些高压场所也在不断的产生臭氧，连打印机工作的时候也会产生并释放臭氧。臭氧又是一种刺鼻的腐蚀性气体，因为其氧化电势很大，所以毒性也很大，工作区域的极限臭氧允许浓度仅为0.05ppm。因此，含有臭氧的气体的处理变得尤为重要。
目前，处理臭氧的方法主要有：热分解法、活性炭法、预臭氧化法、电磁波辐射分解法、药液吸收法和催化分解法，前几种方法存在反应慢、效率低、能耗高和产生二次污染等缺点，而催化分解法能在常温下快速分解臭氧，并且，其所用的催化剂稳定，效率高，无二次污染，安全经济，是目前较为理想的臭氧处理方法。所以，臭氧分解催化剂也就随之产生。
现有的臭氧分解催化剂主要是以浸渍法、沉淀法和水热合成法为主，工艺比较复杂，再加上使用活性炭为载体，活性炭结构疏松，机械强度不够而导致大量粉末脱落，从而有爆炸的危险，同样也容易使分子筛堵塞。目前，市场上臭氧分解催化剂主要是活性炭催化剂和钙钛矿型催化剂，活性组分主要以贵金属为主，例如：Au、Ag-Ni和Ag-Mn，贵金属催化剂会受到水蒸气的强烈抑制，而且，这种金银作为贵金属的臭氧分解催化剂的生产成本相当之高。随后又出现以二氧化锰、氧化镍或者氧化铜这类的金属氧化物为主要成分的臭氧分解催化剂，其是以活性炭为载体。这种臭氧分解催化剂在一定程度上能够提高催化效率，降低生产成本，但是，活性炭使用时易破碎产生细小颗粒堵塞设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，旨在解决现有技术中的臭氧分解催化剂存在制备工艺复杂、活性成分与载体的结合力差、粉尘脱落严重的问题。
为了解决上述技术问题，本发明主要是通过以下技术方案加以实现的：
在一个方面，本发明的一种气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1：纤维状多孔导电炭黑的制备1)取以下重量份的原料：导电炭黑100份、聚四氟乙烯乳液5-10份、造孔剂10-15份和蒸馏水40-60份；2)在导电炭黑中，添加聚四氟乙烯乳液、造孔剂和蒸馏水，混合，调成糊状物，搅拌，过滤，得浆料；3)将浆料反复碾压，碾压时，浆料温度为40-60℃，碾压时间为1-2h，挤出，成型，固化，固化温度为300-350℃，固化时间为3-5h，炉冷，得纤维状多孔导电炭黑；S2：臭氧分解用催化剂的制备4)取电解液，电解液包括以下摩尔浓度的金属离子：二价锰离子0.5-3.0mol/L、二价镍离子0.05-0.2mol/L、三价铁离子0.1-0.3mol/L和三价铈离子0.05-0.2mol/L，电解液的pH值为1-5；5)采用电化学沉积法将电解液沉积到步骤3)所得的纤维状多孔导电炭黑中，电化学沉积时，温度为85-95℃，电压为2-5V，通电时间为1-3h；6)取出，固化，固化温度为300-350℃，固化时间为30-60min，截断，得臭氧分解用催化剂。
本发明的臭氧分解用催化剂以纤维状多孔导电炭黑为载体，锰铈铁镍为主要活性组分，通过电化学沉积法使活性组分均匀覆盖于载体的孔隙中，成型时加入聚四氟乙烯与造孔剂，形成三维网状结构，使催化剂强度更高，活性成分与载体通过化学键附着，这种化学附着方式使活性成分与载体的结合力更强，孔道更丰富，活性组分分散程度更高，有利于提高催化效率，催化活性大，使用寿命长，受环境湿度的影响小，热稳定性好，在400-600℃时催化剂结构不会发生变化，有利于催化剂再生，可重复使用2-3个寿命周期，减少了粉尘脱落，避免了因为活性炭粉尘脱落而带来的危险因数和不利条件，使用安全，无隐患，制备工艺简单，成本低，操作方便，对设备无特殊要求，易于实现工业化生产，每克催化剂100％去除臭氧的能力为4.5-11g臭氧。
作为一种优选的实施方案，所述步骤2)中，搅拌的时间为1-2h。本发明的导电炭黑、聚四氟乙烯乳液、造孔剂和蒸馏水混合之后，调成浆状物，并均匀搅拌1-2h，使各组分充分混合，混合均匀，保证聚四氟乙烯与导电炭黑的充分混合并形成纤维状的粘连结构，有利于形成均匀稳定的孔道结构。
作为一种优选的实施方案，所述步骤3)中，成型时是形成直径为1-2mm且长度为100-200mm圆柱状。本发明的导电炭黑在聚四氟乙烯乳液和造孔剂的作用下，成型为圆柱状，形成多孔纤维导电炭黑柱，有利于活性成分的填充，也有利于臭氧的催化分解反应。
作为一种优选的实施方案，所述步骤3)中，冷却是冷却至不超过100℃。本发明纤维状多孔导电炭黑的制备过程中先放入马弗炉中进行高温固化，即高温排塑，排出造孔剂，然后，采用随炉冷却的方式，通常冷却至不超过100℃，也可以冷却至室温，从而有利于后续电化学沉积。
作为一种优选的实施方案，所述步骤4)中，电解液还包括摩尔浓度为0.01-0.02mol/L的活性剂，所述活性剂为氯酸钠。本发明采用电化学沉积法将活性成分均匀沉积到载体的孔隙中，形成纳米级薄膜；并选用氯酸钠作为活性剂，活化剂可以选择不添加，通过活化剂的添加可以加强掺杂金属离子的活性，起到氧化和活跃金属离子的作用，促进电沉积的发生，还能够轻微的降低电压和能耗。
作为一种优选的实施方案，所述步骤4)中，电解液的金属离子分别来自硫酸锰、硫酸镍、硫酸铁和硫酸铈，并通过摩尔浓度为2.5-3.2mol/L的硫酸调节pH值。本发明电解液中的金属离子还可以是其它盐，如硝酸盐；本发明所用的导电炭黑、PTFE、硫酸锰、硫酸镍、硫酸铁、硫酸铈都为常见化学原料，成本低，来源广泛，还可以防止一些重金属的参入，例如铅和铬离子的参入，因为铅和铬等重金属离子会与硫酸盐形成沉淀分离出来，从而不会影响沉积效果；本发明还采用硫酸调节pH值，这与活性成分的阴离子保持一致，不会带来额外的杂质，纯度好；另外，pH会影响到电沉积的速度，理论上pH值越低电沉积的速度越快，沉积上的有效成分越薄，不容易堵塞微孔。
作为一种优选的实施方案，所述步骤6)中，臭氧分解用催化剂的长度为5-10mm。本发明化学电沉积时，以导电炭黑作为阳极，以铝板作为阴极，取出之后，经过热固，将导电炭黑柱长度截断成5-10mm，得最终催化剂。
作为一种优选的实施方案，所述造孔剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、羟丙基纤维素中的任意一种或几种。本发明在造孔剂的作用下，丰富了载体的孔道结构，增加了臭氧分解用催化剂的比表面积，从而提高了催化剂的催化效果，增加了臭氧的分解效率。
作为一种优选的实施方案，所述步骤1)中，过滤是通过离心机进行离心过滤；所述步骤2)中，碾压是在轧膜辊上进行碾压。本发明中采用离心机进行过滤并采用轧膜机进行碾压，提高了生产效率，这些设备常用且价格低廉，投入成本也很低；主要工艺电沉积中使用的仅仅是一个玻璃电解槽和一个电化学工作站，操作方便，简单易行。
在另一个方面，本发明的一种气体中臭氧分解用催化剂，所述催化剂是根据上面任意一项所述的气体中臭氧分解用催化剂的制备方法制备而成的。
本发明的臭氧分解用催化剂强度更高，活性成分与载体的结合力更强，孔道更丰富，活性组分分散程度更高，提高了催化效率，催化活性大，使用寿命长，受环境湿度的影响小，热稳定性好，在400-600℃时催化剂结构不会发生变化，有利于催化剂再生，可重复使用2-3个寿命周期，减少了粉尘脱落，避免了因为活性炭粉尘脱落而带来的危险因数和不利条件，使用安全，无隐患，每克催化剂100％去除臭氧的能力为4.5-11g臭氧。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的臭氧分解用催化剂以纤维状多孔导电炭黑为载体，锰铈铁镍为主要活性组分，通过电化学沉积法使活性组分均匀覆盖于载体的孔隙中，载体成型时加入聚四氟乙烯与造孔剂形成了三维网状结构，制备工艺简单，成本低，操作方便，对设备无特殊要求，易于实现工业化生产；所得的催化剂强度更高，活性成分与载体的结合力更强，孔道更丰富，活性组分分散程度更高，有利于提高催化效率，催化活性大，使用寿命长，受环境湿度的影响小，热稳定性好，在400-600℃时催化剂结构不会发生变化，有利于催化剂再生，可重复使用2-3个寿命周期，减少了粉尘脱落，避免了因为活性炭粉尘脱落而带来的危险因数和不利条件，使用安全，无隐患，每克催化剂100％去除臭氧的能力为4.5-11g臭氧。
具体实施方式
下面将结合本发明的具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一种气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：纤维状多孔导电炭黑的制备
1)取以下重量份的原料：导电炭黑100份、聚四氟乙烯乳液5-10份、造孔剂10-15份和蒸馏水40-60份；
2)在导电炭黑中，添加聚四氟乙烯乳液、造孔剂和蒸馏水，混合，调成糊状物，搅拌，过滤，得浆料；
3)将浆料反复碾压，碾压时，浆料温度为40-60℃，碾压时间为1-2h，挤出，成型，固化，固化温度为300-350℃，固化时间为3-5h，炉冷，得纤维状多孔导电炭黑；
S2：臭氧分解用催化剂的制备
4)取电解液，电解液包括以下摩尔浓度的金属离子：二价锰离子0.5-3.0mol/L、二价镍离子0.05-0.2mol/L、三价铁离子0.1-0.3mol/L和三价铈离子0.05-0.2mol/L，电解液的pH值为1-5；
5)采用电化学沉积法将电解液沉积到步骤3)所得的纤维状多孔导电炭黑中，电化学沉积时，温度为85-95℃，电压为2-5V，通电时间为1-3h；
6)取出，固化，固化温度为300-350℃，固化时间为30-60min，截断，得臭氧分解用催化剂。
优选地，所述步骤2)中，搅拌的时间为1-2h。
进一步地，所述步骤3)中，成型时是形成直径为1-2mm且长度为100-200mm圆柱状。
具体地，所述步骤3)中，冷却是冷却至不超过100℃。
再次优选地，所述步骤4)中，电解液还包括摩尔浓度为0.01-0.02mol/L的活性剂，所述活性剂为氯酸钠。
再进一步地，所述步骤4)中，电解液是通过摩尔浓度为2.5-3.2mol/L的硫酸调节pH值的。
再具体地，所述步骤6)中，臭氧分解用催化剂的长度为5-10mm。
更优选地，所述造孔剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、羟丙基纤维素中的任意一种或几种。
更进一步地，所述步骤1)中，过滤是通过离心机进行离心过滤；所述步骤2)中，碾压是在轧膜辊上进行碾压。
本发明的一种气体中臭氧分解用催化剂，所述催化剂是根据上面任意一项所述的气体中臭氧分解用催化剂的制备方法制备而成的。
实施例一
本发明的一种气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：纤维状多孔导电炭黑的制备
1)取以下重量份的原料：导电炭黑100份、聚四氟乙烯乳液5份、造孔剂10份和蒸馏水40份；
2)在导电炭黑中，添加聚四氟乙烯乳液、造孔剂和蒸馏水，混合，调成糊状物，搅拌，过滤，得浆料；
3)将浆料反复碾压，碾压时，浆料温度为40℃，碾压时间为2h，挤出，成型，固化，固化温度为300℃，固化时间为3h，炉冷，得纤维状多孔导电炭黑；
S2：臭氧分解用催化剂的制备
4)取电解液1L，电解液包括以下摩尔浓度的成分：硫酸锰3.0mol/L、硫酸镍0.2mol/L、硫酸铁0.3mol/L和硫酸铈0.2mol/L，采用3.2mol/L的硫酸调节电解液的pH值为1；
5)采用电化学沉积法将电解液沉积到步骤3)所得的纤维状多孔导电炭黑中，电化学沉积时，温度为85℃，电压为2V，通电时间为1h；
6)取出，固化，固化温度为300℃，固化时间为30min，截断，得臭氧分解用催化剂。
实施例二
本发明的一种气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：纤维状多孔导电炭黑的制备
1)取以下重量份的原料：导电炭黑100份、聚四氟乙烯乳液10份、造孔剂15份和蒸馏水60份；
2)在导电炭黑中，添加聚四氟乙烯乳液、造孔剂和蒸馏水，混合，调成糊状物，搅拌，过滤，得浆料；
3)将浆料反复碾压，碾压时，浆料温度为60℃，碾压时间为1h，挤出，成型，固化，固化温度为350℃，固化时间为5h，炉冷，得纤维状多孔导电炭黑；
S2：臭氧分解用催化剂的制备
4)取电解液1L，电解液包括以下摩尔浓度的成分：硫酸锰3.0mol/L、硫酸镍0.2mol/L、硫酸铁0.3mol/L和硫酸铈0.1mol/L，还包括摩尔浓度为0.01mol/L的氯酸钠作为活性剂，采用2.5mol/L的硫酸调节电解液的pH值为5；
5)采用电化学沉积法将电解液沉积到步骤3)所得的纤维状多孔导电炭黑中，电化学沉积时，温度为95℃，电压为5V，通电时间为3h；
6)取出，固化，固化温度为350℃，固化时间为60min，截断，得臭氧分解用催化剂。
实施例三
本发明的一种气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：纤维状多孔导电炭黑的制备
1)取以下重量份的原料：导电炭黑100份、聚四氟乙烯乳液8份、造孔剂12份和蒸馏水50份；
2)在导电炭黑中，添加聚四氟乙烯乳液、造孔剂和蒸馏水，混合，调成糊状物，均匀搅拌1h，通过离心机过滤，甩出多余的水分，得浆料；
3)将浆料放入轧膜机上用轧膜辊反复碾压，碾压时，保持浆料温度为50℃，碾压时间为1.5h，保证聚四氟乙烯与导电炭黑的充分混合形成纤维状的粘连结构，通过模具挤出，成型为直径为1mm且长度为100mm的柱状，放入马弗炉中固化，固化温度为320℃，固化时间为4h，炉冷至室温，得纤维状多孔导电炭黑；
S2：臭氧分解用催化剂的制备
4)取电解液1L，电解液包括以下摩尔浓度的成分：硝酸锰2.0mol/L、硝酸镍0.1mol/L、硝酸铁0.2mol/L和硝酸铈0.1mol/L，还包括摩尔浓度为0.02mol/L的氯酸钠作为活性剂，采用2.5mol/L的硝酸调节电解液的pH值为3；
5)采用电化学沉积法将电解液沉积到步骤3)所得的纤维状多孔导电炭黑中，电化学沉积时，温度为90℃，电压为3V，通电时间为2h，纤维状多孔导电炭黑作为阳极，铝板作为阴极；
6)取出，放入马弗炉中固化，固化温度为330℃，固化时间为40min，截断，得臭氧分解用催化剂。
实施例四
本发明的一种气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：纤维状多孔导电炭黑的制备
1)取以下重量份的原料：导电炭黑100份、聚四氟乙烯乳液6份、造孔剂14份和蒸馏水45份；
2)在导电炭黑中，添加聚四氟乙烯乳液、造孔剂和蒸馏水，混合，调成糊状物，均匀搅拌2h，通过离心机过滤，甩出多余的水分，得浆料；
3)将浆料放入轧膜机上用轧膜辊反复碾压，碾压时，保持浆料温度为40℃，碾压时间为2h，保证聚四氟乙烯与导电炭黑的充分混合形成纤维状的粘连结构，通过模具挤出，成型为直径为2mm且长度为200mm的柱状，放入马弗炉中固化，固化温度为300℃，固化时间为4h，炉冷至100℃，得纤维状多孔导电炭黑；
S2：臭氧分解用催化剂的制备
4)取电解液1L，电解液包括以下摩尔浓度的成分：硫酸锰2.0mol/L、硫酸镍0.1mol/L、硫酸铁0.3mol/L和硫酸铈0.1mol/L，还包括摩尔浓度为0.01mol/L的氯酸钠作为活性剂，采用2.5mol/L的硫酸调节电解液的pH值为3；
5)采用电化学沉积法将电解液沉积到步骤3)所得的纤维状多孔导电炭黑中，电化学沉积时，温度为90℃，电压为3V，通电时间为2h，纤维状多孔导电炭黑作为阳极，铝板作为阴极；
6)取出，放入马弗炉中固化，固化温度为300℃，固化时间为40min，截断，得臭氧分解用催化剂。
实施例五
本发明的一种气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：纤维状多孔导电炭黑的制备
1)取以下重量份的原料：导电炭黑100份、聚四氟乙烯乳液9份、造孔剂12份和蒸馏水55份；
2)在导电炭黑中，添加聚四氟乙烯乳液、造孔剂和蒸馏水，混合，调成糊状物，均匀搅拌1.5h，通过离心机过滤，甩出多余的水分，得浆料；
3)将浆料放入轧膜机上用轧膜辊反复碾压，碾压时，保持浆料温度为50℃，碾压时间为1h，保证聚四氟乙烯与导电炭黑的充分混合形成纤维状的粘连结构，通过模具挤出，成型为直径为1.5mm且长度为150mm的柱状，放入马弗炉中固化，固化温度为300℃，固化时间为4h，炉冷至60℃，得纤维状多孔导电炭黑；
S2：臭氧分解用催化剂的制备
4)取电解液1L，电解液包括以下摩尔浓度的成分：硫酸锰1.0mol/L、硫酸镍0.1mol/L、硫酸铁0.2mol/L和硫酸铈0.1mol/L，还包括摩尔浓度为0.01mol/L的氯酸钠作为活性剂，采用2.5mol/L的硫酸调节电解液的pH值为4；
5)采用电化学沉积法将电解液沉积到步骤3)所得的纤维状多孔导电炭黑中，电化学沉积时，温度为90℃，电压为4V，通电时间为2h，纤维状多孔导电炭黑作为阳极，铝板作为阴极；
6)取出，放入马弗炉中固化，固化温度为300℃，固化时间为40min，截断，得臭氧分解用催化剂。
实施例六
本发明的一种气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：纤维状多孔导电炭黑的制备
1)取以下重量份的原料：导电炭黑100份、聚四氟乙烯乳液9份、造孔剂12份和蒸馏水55份；
2)在导电炭黑中，添加聚四氟乙烯乳液、造孔剂和蒸馏水，混合，调成糊状物，均匀搅拌1.5h，通过离心机过滤，甩出多余的水分，得浆料；
3)将浆料放入轧膜机上用轧膜辊反复碾压，碾压时，保持浆料温度为50℃，碾压时间为1h，保证聚四氟乙烯与导电炭黑的充分混合形成纤维状的粘连结构，通过模具挤出，成型为直径为1.5mm且长度为150mm的柱状，放入马弗炉中固化，固化温度为300℃，固化时间为4h，炉冷至60℃，得纤维状多孔导电炭黑；
S2：臭氧分解用催化剂的制备
4)取电解液1L，电解液包括以下摩尔浓度的成分：硫酸锰1.0mol/L、硫酸镍0.1mol/L、硫酸铁0.3mol/L和硫酸铈0.05mol/L，还包括摩尔浓度为0.015mol/L的氯酸钠作为活性剂，采用2.5mol/L的硫酸调节电解液的pH值为2；
5)采用电化学沉积法将电解液沉积到步骤3)所得的纤维状多孔导电炭黑中，电化学沉积时，温度为90℃，电压为4V，通电时间为2h，纤维状多孔导电炭黑作为阳极，铝板作为阴极；
6)取出，放入马弗炉中固化，固化温度为300℃，固化时间为40min，截断，得臭氧分解用催化剂。
实施例七
本发明的一种气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：纤维状多孔导电炭黑的制备
1)取以下重量份的原料：导电炭黑100份、聚四氟乙烯乳液9份、造孔剂12份和蒸馏水55份；
2)在导电炭黑中，添加聚四氟乙烯乳液、造孔剂和蒸馏水，混合，调成糊状物，均匀搅拌1.5h，通过离心机过滤，甩出多余的水分，得浆料；
3)将浆料放入轧膜机上用轧膜辊反复碾压，碾压时，保持浆料温度为50℃，碾压时间为1h，保证聚四氟乙烯与导电炭黑的充分混合形成纤维状的粘连结构，通过模具挤出，成型为直径为1.5mm且长度为150mm的柱状，放入马弗炉中固化，固化温度为300℃，固化时间为4h，炉冷至60℃，得纤维状多孔导电炭黑；
S2：臭氧分解用催化剂的制备
4)取电解液1L，电解液包括以下摩尔浓度的成分：硫酸锰0.5mol/L、硫酸镍0.05mol/L、硫酸铁0.1mol/L和硫酸铈0.05mol/L，采用2.5mol/L的硫酸调节电解液的pH值为2；
5)采用电化学沉积法将电解液沉积到步骤3)所得的纤维状多孔导电炭黑中，电化学沉积时，温度为90℃，电压为4V，通电时间为2h，纤维状多孔导电炭黑作为阳极，铝板作为阴极；
6)取出，放入马弗炉中固化，固化温度为300℃，固化时间为40min，截断，得臭氧分解用催化剂。
将本发明实施例一至实施例七所得的七份臭氧分解用催化剂以及市售的臭氧分解催化剂分别进行臭氧分解催化性能测试实验，实验中臭氧来自臭氧发生器，检测仪器采用青岛朗科电子科技有限公司生产的LT-05M型臭氧泄露报警仪；将臭氧分别在不同的流速下通过添加有臭氧分解催化剂的臭氧发生器，采用臭氧泄露报警仪检测臭氧发生器出气端的臭氧浓度；记录不同催化剂在相同臭氧起始浓度到出气端检测出臭氧浓度的时长，通过时长来判断催化剂对臭氧的分解效果，实验结果如表1所示。其中，臭氧分解催化剂填充量为20g，臭氧浓度为150mg/L，第一个臭氧流速为0.5L/min，第二个臭氧流速为2L/min，以出气端检测出臭氧浓度为0.1ppm为终点，记录出气端不同臭氧分解催化剂检出臭氧所需的时间，并计算分解臭氧的量，以得到臭氧分解催化剂的分解催化效果，催化剂的分解催化效果的计算公式为：
MO3＝CO3×VO3×H/1000；
P＝MO3/M；
MO3——分解臭氧的质量，单位：g；
M——催化剂的填充量，单位：g；
CO3——通入臭氧浓度，单位：mg/L；
VO3——臭氧流速，单位：L/min；
H——出气端检出臭氧的时间，单位：min；
P——催化剂的分解催化效果，单位：gO3/g(即1克臭氧分解催化剂能分解多少克臭氧)；
表1不同臭氧分解催化剂的催化性能测试结果
由表1可以看出，对于相同浓度的臭氧即臭氧浓度为150mg/L，当臭氧流速为0.5L/min，出气端检出臭氧浓度为0.1ppm时，使用本发明的方法所得的臭氧分解用催化剂所用的时间在1334-3014min之间，然而，使用市售的现有臭氧分解催化剂所用的时间为560min；因此，本发明的臭氧分解用催化剂显著提高了臭氧分解的效率。同时，对于相同浓度的臭氧即臭氧浓度为150mg/L，当臭氧流速为0.5L/min，出气端检出臭氧浓度为0.1ppm时，本发明的方法所得的臭氧分解用催化剂的分解催化效果为5-11.3gO3/g，然而，市售的现有臭氧分解催化剂的分解催化效果仅为2.1gO3/g；因此，本发明的臭氧分解用催化剂在催化臭氧分解时具有更高的分解催化效果。对于相同浓度的臭氧即臭氧浓度为150mg/L，当臭氧流速为2L/min，出气端检出臭氧浓度为0.1ppm时，使用本发明的方法所得的臭氧分解用催化剂所用的时间在300-734min之间，然而，使用市售的现有臭氧分解催化剂所用的时间为120min；因此，本发明的臭氧分解用催化剂在高流速的条件下依旧保持了良好的臭氧分解的效率。同时，对于相同150mg/L浓度的臭氧，当臭氧流速为2L/min，出气端检出臭氧浓度为0.1ppm时，本发明的方法所得的臭氧分解用催化剂的分解催化效果为4.5-11gO3/g，然而，市售的现有臭氧分解催化剂的分解催化效果仅为1.8gO3/g；因此，本发明的臭氧分解用催化剂在高流速的状态下依旧保持了较高的分解催化效果。
因此，与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的臭氧分解用催化剂以纤维状多孔导电炭黑为载体，锰铈铁镍为主要活性组分，通过电化学沉积法使活性组分均匀覆盖于载体的孔隙中，载体成型时加入聚四氟乙烯与造孔剂形成了三维网状结构，制备工艺简单，成本低，操作方便，对设备无特殊要求，易于实现工业化生产；所得的催化剂强度更高，由于活性成分通过化学键附着在载体的孔隙中，活性成分与载体的结合力更强，对照样中的活动成分是通过物理附着的方式填充在活性炭的孔道中的；本发明的载体孔道更丰富，活性组分分散程度更高，有利于提高催化效率，催化活性大，使用寿命长，受环境湿度的影响小，热稳定性好，在400-600℃时催化剂结构不会发生变化，有利于催化剂再生，然而对照样在00-600℃的温度下即会发生碳化，掉粉严重；本发明的催化剂可重复使用2-3个寿命周期，减少了粉尘脱落，避免了因为活性炭粉尘脱落而带来的危险因数和不利条件，使用安全，无隐患，每克催化剂100％去除臭氧的能力为4.5-11g臭氧。
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 (10)
1.一种气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：纤维状多孔导电炭黑的制备
1)取以下重量份的原料：导电炭黑100份、聚四氟乙烯乳液5-10份、造孔剂10-15份和蒸馏水40-60份；
2)在导电炭黑中，添加聚四氟乙烯乳液、造孔剂和蒸馏水，混合，调成糊状物，搅拌，过滤，得浆料；
3)将浆料反复碾压，碾压时，浆料温度为40-60℃，碾压时间为1-2h，挤出，成型，固化，固化温度为300-350℃，固化时间为3-5h，炉冷，得纤维状多孔导电炭黑；
S2：臭氧分解用催化剂的制备
4)取电解液，电解液包括以下摩尔浓度的金属离子：二价锰离子0.5-3.0mol/L、二价镍离子0.05-0.2mol/L、三价铁离子0.1-0.3mol/L和三价铈离子0.05-0.2mol/L，电解液的pH值为1-5；
5)采用电化学沉积法将电解液沉积到步骤3)所得的纤维状多孔导电炭黑中，电化学沉积时，温度为85-95℃，电压为2-5V，通电时间为1-3h；
6)取出，固化，固化温度为300-350℃，固化时间为30-60min，截断，得臭氧分解用催化剂。
2.根据权利要求1所述的气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，其特征在于：
所述步骤2)中，搅拌的时间为1-2h。
3.根据权利要求1所述的气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，其特征在于：
所述步骤3)中，成型时是形成直径为1-2mm且长度为100-200mm圆柱状。
4.根据权利要求1所述的气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，其特征在于：
所述步骤3)中，冷却是冷却至不超过100℃。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，其特征在于：
所述步骤4)中，电解液还包括摩尔浓度为0.01-0.02mol/L的活性剂，所述活性剂为氯酸钠。
6.根据权利要求1所述的气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，其特征在于：
所述步骤4)中，电解液的金属离子分别来自硫酸锰、硫酸镍、硫酸铁和硫酸铈，并通过摩尔浓度为2.5-3.2mol/L的硫酸调节pH值。
7.根据权利要求1所述的气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，其特征在于：
所述步骤6)中，臭氧分解用催化剂的长度为5-10mm。
8.根据权利要求1所述的气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，其特征在于：
所述造孔剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、羟丙基纤维素中的任意一种或几种。
9.根据权利要求1所述的气体中臭氧分解用催化剂的制备方法，其特征在于：
所述步骤1)中，过滤是通过离心机进行离心过滤；
所述步骤2)中，碾压是在轧膜辊上进行碾压。
10.一种臭氧分解用催化剂，其特征在于：
所述催化剂是根据权利要求1-9中任意一项所述的气体中臭氧分解用催化剂的制备方法制备而成的。
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