CN110560144A

CN110560144A - 一种耐湿的臭氧去除催化剂的制备方法及应用

Info

Publication number: CN110560144A
Application number: CN201910911997.9A
Authority: CN
Inventors: 周莹; 黎邦鑫; 张骞; 肖杰; 李恩智; 王芳; 于姗
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2019-12-13

Abstract

本发明公开了一种耐湿的臭氧去除催化剂的制备方法及应用。本发明以可溶性镍盐(NiCl₂、Ni(NO₃)₂、Ni(Ac)₂)、沉淀剂(乙二胺、氨水、尿素)为前驱体，采用水热法合成混合镍盐臭氧去除材料，并以高浓度(ppm级)、高湿度(80％)的臭氧分析装置对该材料进行活性评价。经具体实例结果表明，在常温环境中，该材料对臭氧的去除率高达98％，同时实现了湿润环境中的稳定性能，解决了传统催化材料在去除臭氧时无法应对高湿度环境的问题。该发明：第一，相对于传统MnO₂材料，混合镍盐制备过程中不涉及剧烈的反应过程；第二，相比于活性炭，纳米的混合镍盐能够在高浓度、高温的环境中稳定存在；第三，可应用在空气净化、尾气净化领域，尤其是在高湿度环境下去除臭氧等方面具有广阔的应用前景。

Description

一种耐湿的臭氧去除催化剂的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及空气净化领域，尤其涉及一种耐湿混合镍盐臭氧去除材料的水热制备方法及应用。

背景技术

随着国家发布“蓝天计划”，环境空气污染治理提上日程，其中臭氧已经成为全国多地的首要污染物，作为一种强氧化性的气体，其对呼吸系统危害大，易引起对肺部的急性损伤。同时，臭氧的强氧化性还会作用于金属材料与部分非金属材料，造成工业上的经济损失，如今，臭氧已成为一个急需解决的难题。

现有臭氧去除技术中最常见的是活性炭及其复合材料(CN2780295、CN109364686A)，但其所使用的碳材料在较高浓度的臭氧环境中被氧化，发生性能的损失；另一种技术是在惰性基底上负载催化剂，其是在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色环保技术，通过降低反应发生活化能，使臭氧的分解这一自发过程反应速率加快，现有相关专利集中于锰基化合物(CN109012735A、CN109569643A)、铁基催化剂(CN103272612A)等。

然而，大多数的锰、铁基催化剂的耐湿性差，稳定性差，且合成过程中需经过高耗能的煅烧、水热工艺；而性能优异的贵金属催化剂又存在成本的问题，为解决此问题，本发明研发一种在高湿度的环境下高效稳定的催化剂。

发明内容

本发明的目的：提供一种能够适应高湿度环境的臭氧去除催化材料的制备方法；解决了催化剂材料在去除高湿度臭氧时性能稳定性低的问题，从而为不同环境空气净化提供一种经济、环保、实用的催化材料。镍基材料在电化学中具有较好循环性能、合适的氧化还原电位(DOI:10.1142/S1793292019500449)，本发明将镍基催化材料经形貌、尺寸调节后应用于臭氧去除，获得了可在湿润环境工作的混合镍盐催化剂。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种镍盐臭氧去除催化剂的制备，包含以下步骤：

(1)前驱体制备：配置一定浓度镍盐、沉淀剂溶液，在密封、搅拌的情况下缓慢混合，持续搅拌直到得到前驱体。

(2)热合成：将步骤(1)中的前驱体放置于恒温条件下反应一定时间，最后将冷却至室温的液体抽滤洗涤干燥获得催化剂粉末。

步骤(1)中所述的镍盐溶液包含NiCl₂、Ni(NO₃)₂、Ni(Ac)₂中的一种或多种按照一定比例混合，镍离子浓度总计0.1mol/L～0.5mol/L；

步骤(1)中所述的沉淀剂包含乙二胺、氨水、尿素中的一种或多种，溶液浓度为0.2～1mol/L；

步骤(2)中所述的反应温度为60～100℃，反应时间为6～8h；

步骤(2)中所述的干燥温度为40～80℃。

本发明得到了一种由片状、微球状混合的镍盐催化剂，同时具有高的催化性能和耐湿性。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种耐湿的臭氧去除催化剂的制备方法及应用。其去除装置主要包括实验室自行搭建稳定气路体系和高精度臭氧检测器，实时监测湿度、臭氧浓度变化，主要以相对湿度为80±5％的臭氧尾气的去除率以及催化效果稳定时间评价材料的催化活性，主要包含以下步骤：

(1)将发明的臭氧催化材料通过浸渍负载于载体上，安装于催化反应器中；

(2)将一定流速的湿润空气经过紫外臭氧发生装置后，通入反应器中；

(3)开启紫外臭氧发生装置，检测尾气中臭氧的浓度，与未放入催化剂数据进行比较；

步骤(1)中所述的催化剂质量为100～200mg，载体为三聚氰胺海绵，反应器体积500mL；

步骤(2)中所述的湿润空气流速为0.5～2L/min，相对湿度80±5％，臭氧浓为40～50ppm；

以上所述的高效、稳定催化去除湿润臭氧的方法，主要用于空气、尾气净化领域，具有广阔的市场前景和应用价值。例如：将臭氧去除材料安装在空调、墙壁、空气净化器的核心部件等位置、将其安装于工业尾气末端等。

本发明较现有技术具有如下优势及效果：

第一、使用了非活性炭材料作为催化剂，避免了催化剂的臭氧氧化损失；第二、本发明合成的混合镍盐臭氧催化材料，相比常用的MnO₂材料，该方法制备的催化剂不使用强氧化剂高锰酸钾、不发生强烈的氧化还原反应，拥有更加简便的制备工艺；第三、催化剂催化性能稳定，在高浓度臭氧下保持98％以上去除率12h；第四、催化剂能够运作在高湿度的环境中，其性能无明显的下降。

附图说明

图1是本发明具体实施实例制备的混合镍盐臭氧去除材料的X射线衍射图谱；

图2是本发明具体实施实例制备的混合镍盐臭氧去除材料的荧光光谱图；

图3是本发明具体实施实例制备的混合镍盐臭氧去除材料的扫描电子显微镜图像；

图4是本发明具体实施实例制备的混合镍盐臭氧去除材料性能测试图，其中臭氧浓度40ppm。

具体实施实例

下面结合具体实施实例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于：

混合镍盐臭氧去除材料的制备：

(1)催化剂前驱体制备：首先用称取氯化镍10g、硝酸镍20g、尿素30g，混合溶解于1L去离子水中，搅拌30min。

(2)混合镍盐臭氧去除材料的热合成：将步骤(1)中制备的前驱体放入反应釜中，然后将反应釜置80℃的烘箱中保温8h。最后将冷却至室温的材料用去离子水和无水乙醇交替清洗，随后置于40℃的干燥箱中干燥。

对所述的混合镍盐臭氧去除材料进行了物相及性质进行了测试：

图1为混合镍盐臭氧去除材料的XRD图谱，材料为近于非晶的物质，且在一定角度有衍射峰，分析结果表明其为两种镍盐的混合物。

图2为混合镍盐臭氧去除材料的荧光光谱，可以分析得到混合镍盐臭氧去除材料的各组分含量一定。

图3为混合镍盐臭氧去除材料的SEM图像，材料中有纳米片状、微球状两种混合形貌，

混合镍盐臭氧去除材料的应用：

(1)将发明的100mg混合镍盐臭氧去除材料浸渍负载于20cm³的海绵上，50℃烘干后，放入反应器；

(2)将臭氧与湿润空气持续通入反应体系中，臭氧浓度39ppm，切换臭氧与混合镍盐臭氧去除材料接触，同时开始记录数据。

图4为混合镍盐臭氧去除材料去除臭氧的测试结果：臭氧的去除率为99.7％，同时实现了长时间稳定的催化活性。

本发明所提供的混合镍盐臭氧去除材料在常温下，对臭氧具有良好的去除效果，能将高浓度的臭氧去除，同时保持活性，克服了传统催化剂、吸附剂在去除高湿度臭氧时由于吸附水蒸气产生的失活现象。

Claims

1.一种耐湿的臭氧去除催化剂的制备方法，其特征在于包含以下几个步骤：

(1)前驱体浓度的选择：配置一定浓度的可溶镍盐与沉淀剂的混合溶液；

(2)热反应的温度、时间：前驱体液体置入反应釜中，恒温条件下进行热反应。

2.根据权利要求1所述的耐湿的臭氧去除催化剂的制备方法，其特征在于：

步骤(1)中所述的镍盐包含NiCl₂、Ni(NO₃)₂、Ni(Ac)₂中的一种或多种，沉淀剂包含乙二胺、氨水、尿素中的一种或多种；

步骤(1)中所述的镍离子浓度为0.1～0.5mol/L，沉淀剂总浓度0.2～1mol/L；

步骤(2)中所述的热反应的温度为60～100℃，反应时间为6～8h。

3.一种耐湿的臭氧去除催化剂材料通过权利要求1～2任一项所述的制备方法得到，其获得的催化剂形貌为片状、微球状混合的镍盐催化剂。

4.一种耐湿的臭氧去除催化剂应用于高湿度臭氧的去除，其特征在于：去除装置主要包括实验室自行搭建稳定气路体系和高精度臭氧检测器，实时监测湿度、臭氧浓度变化，主要以相对湿度为80％左右的含臭氧尾气的去除率以及催化效果稳定时间评价材料的催化活性。

5.根据权利要求4所述的耐湿的臭氧去除催化剂去除臭氧的评价方式其特征在于：

步骤(2)中所述的反应器体积为100～200mL；

步骤(2)中所述的催化剂质量为100～200mg，载体为三聚氰胺海绵；

步骤(2)中所述的湿润空气流速为0.5～2L/min，相对湿度80±5％；

步骤(2)中所述的紫外发生装置可获得的臭氧浓度为20～100ppm。

6.权利要求5所述的高效、稳定催化去除湿润臭氧的方法，主要用于空气、尾气净化领域，具有广阔的市场前景和应用价值，例如：将臭氧去除材料安装在空调、墙壁、空气净化器的核心部件等位置、将其安装于工业尾气末端等。