CN111097420B - 一种镍基臭氧分解催化剂及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种镍基臭氧分解催化剂及其制备方法和用途；所述催化剂以具有异质结的结构的Ni/NiO作为活性组分，所述催化剂对臭氧具有优良的催化分解活性；在室温25℃，臭氧浓度为1000ppm，空速为240000ml g‑1h‑1的条件下，对臭氧分解效率≥90％，在湿度为80‑90％的条件下反应数小时对臭氧的转化率仍保持在82％‑99％，表现出优异的抗湿性；且所述催化剂的制备方法简单，制备条件温和，易于大规模生产。

Description

一种镍基臭氧分解催化剂及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及空气污染净化领域，尤其涉及臭氧催化分解领域，进一步涉及一种镍基臭氧分解催化剂及其制备方法和用途。
背景技术
臭氧是空气中的重要污染物之一。臭氧污染的主要来源包括紫外线辐射，工业生产废气中的残余臭氧以及室内电器例如复印机、扫描仪工作时的高压放电生成的臭氧等。臭氧对环境和人体健康有较大的危害，我国《环境空气质量标准GB3095-2012》规定一、二级标准分别为1小时均值≤0.16mg/m3与0.20mg/m3，而《室内空气质量标准GB/T 18883-2002》则规定室内空气中1小时均值≤0.16mg/m3。因此需要开发臭氧降解催化剂以缓解空气中的臭氧污染。
CN102513106A公开了一种常温高效臭氧分解催化剂及其制备方法。该催化剂是将硝酸锰、硝酸铈、硝酸银按摩尔比为1:0.3-0.5:0.01-0.1的比例配制成溶液，以碳酸钾和/或碳酸氢钾为沉淀剂，以氯酸钾为氧化剂，沉淀而制成活性组分，然后加入N,N-二乙基乙胺，在反应釜中、180℃-220℃下进行晶化，晶化后，进行压滤，获得含水量在70wt％-80wt％之间的沉淀，然后添加粘结剂和造孔剂，搅拌均匀，进入到挤条机中挤出，成型为圆柱状颗粒，于80℃-100℃烘干，然后装入马弗炉内，于450℃-550℃下焙烧而成。此方案所述催化剂的制备工艺复杂，且催化剂的制备过程需加入硝酸银，增加了催化剂的制作成本。
CN101402047A公开了一种臭氧分解催化剂及其制备方法，该催化剂以活性炭颗粒或活性炭纤维作为载体，以锰、镍、银、铈作为催化剂的活性组分，制备方法包括：A.将硝酸锰溶液、硝酸镍溶液、硝酸银的溶液和硝酸铈溶液以相同体积混合制成活性组分溶液；B.选用活性炭颗粒或活性炭纤维作为催化剂载体，浸入上述配成的活性组分溶液，取出洗涤、干燥；C.取出浸入碳酸钠溶液；D.取出洗涤、干燥，烘烧，制得催化剂成品。此方案所述催化剂适用于臭氧浓度在200ppm的条件下，且催化剂的制备过程复杂，工业化应用成本高。
CN101757933A公开了一种臭氧分解催化剂及其制备方法，所述催化剂包括作为催化剂载体和催化剂助活性组分的金属泡沫镍；作为主活性组分通过浸渍方式覆在所述泡沫镍表面的锰或铁氧化物。本发明所述催化剂的制备方法，包括步骤：A、配制硝酸锰或硝酸锰铁构成的活性组分溶液；B、将作为载体的泡沫镍浸渍所述活性组分溶液；C、将浸渍后的载体烘干，并在一定温度下烘烧。此方案得到的催化剂适用的臭氧浓度为20-50ppm，并未给出适用于高浓度臭氧分解，尤其是高湿条件下高浓度臭氧分解的催化剂的制备方案。
上述文献虽然提供了臭氧分解的催化剂及催化剂的制备方法，但仍然存在着催化剂无法适用于高浓度及高湿度条件下臭氧的催化分解，催化剂制备过程复杂，成本高的问题；因此开发一种适用于高湿度条件下，分解高浓度臭氧的催化剂具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍基臭氧分解催化剂及其制备方法和用途；所述催化剂以具有异质结的结构的Ni/NiO作为活性组分，所述催化剂对臭氧具有优良的催化分解活性；在室温25℃，臭氧浓度为1000ppm，空速为240000ml g-1h-1的条件下，对臭氧分解效率≥90％，在湿度为80-90％的条件下反应数小时对臭氧的转化率仍保持在82％-99％，表现出优异的抗湿性；且所述催化剂的制备方法简单，制备条件温和，易于大规模生产。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种镍基臭氧分解催化剂，所述催化剂由活性组分负载在载体上得到，所述活性组分包括Ni和NiO。
优选地，所述活性组分Ni和NiO以Ni/NiO异质结的结构存在；所述异质结为Ni为内核，NiO为外壳的结构。
本发明通过采用以Ni/NiO异质结结构作为活性组分，将其负载到载体上构成镍基臭氧分解催化剂，能够对臭氧具有优异的催化分解活性，尤其是在高湿度(湿度大于80％)和高臭氧浓度(臭氧浓度在1000ppm以上)的条件下，其表现出了对臭氧更加优异的催化分解活性。
本发明提供的以Ni/NiO异质结结构作为活性组分的臭氧分解催化剂，在室温25℃，臭氧浓度为1000ppm，空速为240000ml g-1h-1的条件下，对臭氧分解效率≥90％，在湿度为80-90％的条件下反应数小时对臭氧的转化率仍保持在82％-99％。
优选地，所述载体包括多孔陶瓷、金属泡沫或HEPA过滤网中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述催化剂中活性组分的负载量为0.01-10wt％，例如0.01wt％、0.1wt％、0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％、5.5wt％、6wt％、6.5wt％、7wt％、7.5wt％、8wt％、8.5wt％、9wt％、9.5wt％或10wt％。
优选地，所述催化剂中活性组分的晶粒尺寸为50-200nm，例如50nm、60nm、80nm、100nm、120nm、140nm、150nm、160nm、180nm或200nm,优选为50-100nm。
优选地，所述催化剂中活性组分的比表面积为3-15m2/g，例如3m2/g、4m2/g、5m2/g、6m2/g、8m2/g、10m2/g、12m2/g、14m2/g或15m2/g，优选为6-15m2/g。
第二方面，本发明提供了如第一方面所述镍基臭氧分解催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)制备Ni/NiO异质结；
(2)将步骤(1)得到的产物负载在载体上。
优选地，步骤(1)所述的制备Ni/NiO异质结的方法包括以下步骤：
(a)将水溶性镍源与络合剂溶于水配制混合溶液；
(b)调节步骤(a)得到的溶液pH值为1-6，例如1、2、3、4、5或6，优选为1-4，加热得到凝胶；
(c)将步骤(b)得到的产物烘干，研磨，热处理，得到Ni/NiO异质结。
本发明中在进行Ni/NiO异质结的制备时，需将水溶性镍源与络合剂溶于水配制成的混合溶液pH值控制在1-6，即应将该混合溶液的pH值调整为酸性，只有将其处于酸性环境下，才能实现或者得到本发明中的Ni/NiO异质结结构。
优选地，步骤(2)所述负载的方法为浸渍法或涂敷法。
优选地，制备Ni/NiO异质结的方法的步骤(a)所述水溶性镍源包括硝酸镍，氯化镍或醋酸镍中的任意一种或至少两种的混合物。
优选地，所述络合剂包括柠檬酸，苹果酸或草酸中的任意一种或至少两种的混合物。
优选地，所述水溶性镍源与络合剂的摩尔比为1:(1-3)，例如1:1、1:1.5、1:2、1:2.5或1:3，优选为1:2。
优选地，所述混合溶液中水溶性镍源的浓度为0.05-2mol/L，例如0.05mol/L、0.1mol/L、0.3mol/L、0.5mol/L、0.7mol/L、0.9mol/L、1mol/L、1.1mol/L、1.3mol/L、1.5mol/L、1.7mol/L、1.9mol/L或2mol/L，优选为1mol/L-1.5mol/L。
优选地，步骤(b)所述调节溶液pH值采用碱性溶液。
优选地，所述碱性溶液包括氨水，尿素或六亚甲基次胺中的任意一种或至少两种的混合物。
优选地，所述加热的温度为60-90℃，例如60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃或90℃，优选为70-85℃。
优选地，所述加热的时间为2-6h，例如2h、3h、4h、5h或6h；优选为3-5h。
优选地，步骤(c)所述烘干的温度为90-200℃，例如90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃。
优选地，所述烘干的时间为10-24h，例如10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h或24h。
优选地，所述步骤(c)热处理的温度为300-900℃，例如300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃或900℃；优选为500-700℃，进一步优选为600℃。
优选地，所述热处理的升温速率为1-5℃/min，例如1℃/min、1.5℃/min、2℃/min、2.5℃/min、3℃/min、3.5℃/min、4℃/min、4.5℃/min或5℃/min；优选为2-4℃/min。
优选地，所述热处理的时间为0.5-8h，例如0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h或8h，优选为2-5h。
作为本发明优选的技术方案，所述的制备方法包括以下步骤：
(1)将水溶性镍源与柠檬酸按照摩尔比为1:(1-3)的比例溶于水配制混合溶液；
(2)加入碱性溶液调节步骤(1)得到的溶液pH值为1-6，70-85℃加热3-5h得到凝胶；
(3)将步骤(2)得到的产物在90-200℃烘干10-24h，研磨，500-700℃热处理，得到Ni/NiO异质结；
(4)将步骤(3)得到的Ni/NiO异质结负载在载体上。
第三方面，本发明提供了如第一方面所述的镍基臭氧分解催化剂作为催化臭氧分解的催化剂的用途。
优选地，所述催化臭氧分解的温度为0-100℃，例如0℃、25℃、40℃、60℃、80℃或100℃，优选为25-100℃。
本发明提供的镍基臭氧分解催化剂尤其适用于湿度在80％以上，臭氧浓度在1000ppm以上的环境中；在该环境下，其始终保持了对臭氧分解效率在90％以上。
相对于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：
1、本发明所述催化剂为载体负载活性组分Ni/NiO异质结，对臭氧具有优良的催化分解活性；所述催化剂在室温25℃，臭氧浓度为1000ppm，空速为240000ml g-1h-1的条件下对臭氧分解效率≥90％；
2、本发明所述催化剂表现出优异的抗湿性；在室温25℃下，臭氧浓度为1000ppm，空速为240000ml g-1h-1，湿度为80-90％的条件下反应数小时对臭氧的转化率仍保持在82％-99％；
3、本发明所述制备方法简单，制备条件温和，易于大规模生产。
附图说明
图1是本发明实施例1和对比例1制得的活性组分的X射线衍射图；
图2是本发明实施例1和对比例1制得的催化剂对臭氧催化分解能力的比较图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
(1)将硝酸镍与柠檬酸按照摩尔比为1:1溶于去离子水配制混合溶液；所得混合溶液中硝酸镍的摩尔浓度为1.5mol/L；
(2)缓慢滴加氨水调节溶液pH＝1，在此过程中绿色溶液逐渐变成绿色溶胶，转移至70℃油浴搅拌反应4h生成绿色凝胶；
(3)将步骤(2)得到的稳定的凝胶转移到瓷舟中置于130℃恒温干燥箱中干燥12h，绿色凝胶变为暗绿色干凝胶；将生成的样品研磨后置于以2℃/min升温速率升至600℃的管式炉中煅烧2h，得到黑灰色粉末样品；
(4)将步骤(3)产物溶于去离子水中超声得到黑色浆料，将多孔陶瓷浸渍于浆料中烘干，得到负载量5wt％的催化剂。
本实施例所得催化剂的X射线衍射图如图1所示，由图可以看出所得催化剂中含有Ni和NiO，所得催化剂对臭氧的催化效率如表1和图2所示；由图2可以看出所得催化剂在湿度为90％的条件下仍能保持很高的催化活性；经测试，本实施例所得催化剂在温度为0℃，臭氧浓度为3000ppm，空速为240000ml g-1h-1，湿度为90％的条件下的臭氧转化率为90％，本实施例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
实施例2
(1)将硝酸镍与柠檬酸按照摩尔比为1:1.5溶于去离子水配制混合溶液；所得混合溶液中硝酸镍的摩尔浓度为2mol/L；
(2)缓慢滴加氨水调节溶液pH＝4，在此过程中绿色溶液逐渐变成绿色溶胶，转移至85℃油浴搅拌反应5h生成绿色凝胶；
(3)将步骤(2)得到的稳定的凝胶转移到瓷舟中置于90℃恒温干燥箱中干燥24h，绿色凝胶变为暗绿色干凝胶；将生成的样品研磨后置于以1℃/min升温速率升至600℃的管式炉中煅烧0.5h，得到黑灰色粉末样品；
(4)将步骤(3)产物溶于去离子水中超声得到黑色浆料，将泡沫铜浸渍于浆料中烘干，得到负载量5wt％的催化剂。
本实施例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本实施例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
实施例3
(1)将硝酸镍与柠檬酸按照摩尔比为1:2溶于去离子水配制混合溶液；所得混合溶液中硝酸镍的摩尔浓度为1mol/L；
(2)缓慢滴加氨水调节溶液pH＝1，在此过程中绿色溶液逐渐变成绿色溶胶，转移至90℃油浴搅拌反应6h生成绿色凝胶；
(3)将步骤(2)得到的稳定的凝胶转移到瓷舟中置于120℃恒温干燥箱中干燥15h，绿色凝胶变为暗绿色干凝胶；将生成的样品研磨后置于以2℃/min升温速率升至600℃的管式炉中煅烧3h，得到黑灰色粉末样品；
(4)将步骤(3)产物溶于去离子水中超声得到黑色浆料，将HEPA过滤网浸渍于浆料中烘干，得到负载量5wt％的催化剂。
本实施例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本实施例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
实施例4
(1)将硝酸镍与柠檬酸按照摩尔比为1:3溶于去离子水配制混合溶液；所得混合溶液中硝酸镍的摩尔浓度为0.05mol/L；
(2)缓慢滴加氨水调节溶液pH＝1，在此过程中绿色溶液逐渐变成绿色溶胶，转移至60℃油浴搅拌反应2h生成绿色凝胶；
(3)将步骤(2)得到的稳定的凝胶转移到瓷舟中置于200℃恒温干燥箱中干燥10h，绿色凝胶变为暗绿色干凝胶；将生成的样品研磨后置于以5℃/min升温速率升至300℃的管式炉中煅烧8h，得到黑灰色粉末样品；
(4)将步骤(3)产物溶于去离子水中超声得到黑色浆料，将泡沫铜浸渍于浆料中烘干，得到负载量5wt％的催化剂。
本实施例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本实施例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
实施例5
本实施例将实施例1步骤(1)中的硝酸镍替换为氯化镍，柠檬酸替换为苹果酸，所得混合溶液中硝酸镍的摩尔浓度由1mol/L替换为2mol/L，步骤(2)中的氨水替换为尿素，其他条件与实施例1完全相同。
本实施例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本实施例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
实施例6
本实施例将实施例1步骤(1)中的硝酸镍替换为醋酸镍，柠檬酸替换为草酸，所得混合溶液中硝酸镍的摩尔浓度由1mol/L替换为1.5mol/L，步骤(2)中的氨水替换为六亚甲基次胺，其他条件与实施例1完全相同。
本实施例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本实施例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
实施例7
本实施例将实施例1步骤(1)中的硝酸镍替换为硝酸镍、氯化镍和醋酸镍按照摩尔比为1:1:1的比例混合的混合物，柠檬酸替换为柠檬酸、苹果酸和草酸按照摩尔比为1:1:1的比例混合的混合物，所得混合溶液中硝酸镍的摩尔浓度由1mol/L替换为0.5mol/L，步骤(2)中的氨水替换为氨水、尿素和六亚甲基次胺按照摩尔比为1:1:1混合的混合物，其他条件与实施例1完全相同。
本实施例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本实施例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
实施例8
本实施例将实施例1步骤(2)中的pH＝1替换为pH＝6；其他条件与实施例1完全相同。
本实施例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本实施例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
实施例9
本实施例将实施例1步骤(2)中的pH＝1替换为pH＝4；其他条件与实施例1完全相同。
本实施例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本实施例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
实施例10
本实施例将实施例1步骤(3)中的煅烧温度由600℃替换为900℃；其他条件与实施例1完全相同。
本实施例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本实施例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
实施例11
本实施例将实施例1步骤(3)中的煅烧温度由600℃替换为300℃；其他条件与实施例1完全相同。
本实施例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本实施例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
实施例12
本实施例将实施例1步骤(3)中的煅烧温度由600℃替换为500℃；其他条件与实施例1完全相同。
本实施例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本实施例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
实施例13
本实施例将实施例1步骤(3)中的煅烧温度由600℃替换为700℃；其他条件与实施例1完全相同。
本实施例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本实施例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
实施例14
本实施例将实施例1中的活性组分的负载量由5wt％替换为0.01wt％，其他条件与实施例1完全相同。
本实施例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本实施例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
实施例15
本实施例将实施例1中的活性组分的负载量由5wt％替换为10wt％，其他条件与实施例1完全相同。
本实施例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本实施例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
实施例16
本实施例将实施例1中的活性组分的负载量由5wt％替换为2wt％，其他条件与实施例1完全相同。
本实施例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本实施例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
实施例17
本实施例将实施例1中的活性组分的负载量由5wt％替换为8wt％，其他条件与实施例1完全相同。
本实施例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本实施例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
对比例1
本对比例将实施例1步骤(2)中的pH＝1替换为pH＝7；其他条件与实施例1完全相同。
本对比例所得催化剂的X射线衍射图如图1所示，由图可以看出所得催化剂中含有NiO，不含Ni，所得催化剂对臭氧的催化效率如表1和图2所示；由图2可以看出所得催化剂在湿度为90％的条件下对臭氧的催化效率明显下降，本对比例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
对比例2
本对比例将实施例1中的pH＝1替换为pH＝9，其他条件与实施例1完全相同。
对本对比例所得催化剂进行X射线衍射分析看出所述催化剂中仅包含NiO,不含Ni；本对比例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本对比例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
对比例3
本对比例将摩尔比为1:1的Ni和NiO粉末溶于去离子水中超声分散得到浆料，将多孔陶瓷浸渍于浆料中烘干，得到负载量5wt％的催化剂。
本对比例所得催化剂对臭氧的催化效率如表1所示，本对比例所得催化剂中活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示。
对实施例1-17和对比例1-3得到的催化剂进行催化臭氧分解效率测试的条件如下：
不含水条件下的测试：测试温度25℃，臭氧浓度为1000ppm，空速为240000ml g-1h-1。
含水条件下的测试：测试温度25℃，臭氧浓度为1000ppm，空速为240000ml g-1h-1，湿度为90％。
实施例1-17和对比例1-3得到的催化剂在不含水条件和湿度为90％的条件下的催化臭氧分解的转化率如表1所示：
表1
Figure BDA0001843159580000131
Figure BDA0001843159580000141
由上表可以看出实施例1-17、对比例1-3所得催化剂在不含水条件下催化臭氧分解的转化率均≥90％；由含水条件下的测试结果可以看出，反应气含水后，实施例1-16的催化剂的活性仍在82-99％，臭氧的转化率相对于不含水条件下的臭氧转化率下降较小，而对比例1-3的催化剂的臭氧转化率明显下降；因此本发明所述催化剂可在高浓度和高湿度条件下使用，具有实际应用价值。
实施例1-17，对比例1-3所得催化剂的活性组分的晶粒尺寸和比表面积如表2所示：
表2
Figure BDA0001843159580000142
Figure BDA0001843159580000151
由上表对比实施例1-17和对比例1-3可以看出在相同的煅烧温度下，本发明所述催化剂的活性组分具有更小的晶粒尺寸，同时具有更大的比表面积，有利于提高催化剂的活性位点，从而提高催化反应活性；对比实施例1、7-8可以看出，催化剂制备过程中随着调节pH的增大，催化剂的晶粒尺寸明显增大，同时比表面积明显减小，对比实施例1、10-13可以看出随着煅烧温度的提高催化剂的晶粒尺寸明显变大，同时比表面积明显减小。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (32)

1.一种镍基臭氧分解催化剂，其特征在于，所述催化剂由活性组分负载在载体上得到，所述载体选自多孔陶瓷、金属泡沫或HEPA过滤网中的任意一种或至少两种的组合，所述活性组分包括Ni和NiO，所述活性组分Ni和NiO以Ni/NiO异质结的结构存在；
所述镍基臭氧分解催化剂通过下述方法制备得到，所述方法包括以下步骤：
(1)制备Ni/NiO异质结：
(a)将水溶性镍源与络合剂溶于水配制混合溶液；
(b)调节步骤(a)得到的溶液的pH值为1-6，加热得到凝胶；
(c)将步骤(b)得到的产物烘干，研磨、热处理，得到Ni/NiO异质结；
(2)将步骤(1)得到的产物负载在载体上。
2.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂中活性组分的负载量为0.01-10wt％。
3.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂中活性组分的晶粒尺寸为50-200nm。
4.如权利要求3所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂中活性组分的晶粒尺寸为50-100nm。
5.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂中活性组分的比表面积为3-15m2/g。
6.如权利要求5所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂中活性组分的比表面积为6-15m2/g。
7.如权利要求1所述镍基臭氧分解催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)制备Ni/NiO异质结：
(a)将水溶性镍源与络合剂溶于水配制混合溶液；
(b)调节步骤(a)得到的溶液的pH值为1-6，加热得到凝胶；
(c)将步骤(b)得到的产物烘干，研磨、热处理，得到Ni/NiO异质结；
(2)将步骤(1)得到的产物负载在载体上。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述负载的方法为浸渍法或涂敷法。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)所述水溶性镍源包括硝酸镍，氯化镍或醋酸镍中的任意一种或至少两种的混合物。
10.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述络合剂包括柠檬酸、苹果酸或草酸中的任意一种或至少两种的混合物。
11.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性镍源与络合剂的摩尔比为1:(1-3)。
12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性镍源与络合剂的摩尔比为1:2。
13.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中水溶性镍源的浓度为0.05-2mol/L。
14.如权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中水溶性镍源的浓度为1-1.5mol/L。
15.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)所述调节溶液pH值采用碱性溶液。
16.如权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液包括氨水或尿素中的任意一种或两种的混合物。
17.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为60-90℃。
18.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为70-85℃。
19.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述加热的时间为2-6h。
20.如权利要求19所述的制备方法，其特征在于，所述加热的时间为3-5h。
21.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)所述烘干的温度为90-200℃。
22.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述烘干的时间为10-24h。
23.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)所述热处理的温度为300-900℃。
24.如权利要求23所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)所述热处理的温度为500-700℃。
25.如权利要求24所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)所述热处理的温度为600℃。
26.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的升温速率为1-5℃/min。
27.如权利要求26所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的升温速率为2-4℃/min。
28.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的时间为0.5-8h。
29.如权利要求28所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的时间为2-5h。
30.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将水溶性镍源与络合剂按照摩尔比为1:(1-3)的比例溶于水配制混合溶液；
(2)加入碱性溶液调节步骤(1)得到的溶液的pH值为1-6，70-85℃加热3-5h得到凝胶；
(3)将步骤(2)得到的产物在90-200℃烘干10-24h，研磨，500-700℃热处理，得到Ni/NiO异质结；
(4)将步骤(3)得到的Ni/NiO异质结负载在载体上。
31.如权利要求1-6任一项所述镍基臭氧分解催化剂的用途，其特征在于，所述催化剂用于催化臭氧分解，催化臭氧分解的温度为0-100℃。
32.如权利要求31所述的用途，其特征在于，所述催化臭氧分解的温度为25-100℃。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112973696B (zh) * 2021-02-05 2022-04-01 合肥工业大学 一种Ni@NiO异质结二维片状纳米材料的制备方法及其应用
CN113019390A (zh) * 2021-03-18 2021-06-25 上海大学材料基因组工程(萍乡)研究院 一种晶粒可逆生长催化剂的制备方法及使用方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5038689A (zh) * 1973-07-03 1975-04-10
CN1259398A (zh) * 1999-12-24 2000-07-12 中国科学院兰州化学物理研究所 臭氧分解催化剂
CN103490047A (zh) * 2013-09-18 2014-01-01 山东理工大学 一种三维孔容碳/纳米NiO复合材料的制备方法
CN103500828A (zh) * 2013-09-18 2014-01-08 山东理工大学 一种碳/纳米NiO复合材料的制备方法
CN104226320A (zh) * 2014-08-27 2014-12-24 北京科技大学 钒硼共掺杂二氧化钛与氧化镍复合光催化剂的制备方法
CN105551832A (zh) * 2016-01-13 2016-05-04 吉林化工学院 一步法合成NiO/Co3O4复合电极材料的研究
CN106018706A (zh) * 2016-07-15 2016-10-12 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种氧化锡负载多孔氧化镍气敏传感器材料及制备和应用
CN106391034A (zh) * 2016-10-27 2017-02-15 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种以陶瓷膜为基体的三氧化二铁‑氧化镍‑二氧化铈臭氧催化剂及制备和应用
CN106605011A (zh) * 2014-07-17 2017-04-26 里兰斯坦福初级大学理事会 用于超活性氢析出电催化的异质结构
CN106824218A (zh) * 2017-01-24 2017-06-13 南京大学环境规划设计研究院有限公司 一种高效耐湿臭氧分解催化剂及其制备方法
CN107285392A (zh) * 2017-06-28 2017-10-24 济南大学 一种NiO‑In2O3纳米复合材料的制备方法
CN107285393A (zh) * 2017-07-13 2017-10-24 济南大学 一种具有三乙胺敏感效应的NiO纳米片/α‑Fe2O3纳米立方体异质结材料
CN108499354A (zh) * 2018-02-09 2018-09-07 深圳科莱环保科技有限公司 一种微波协助下臭氧快速催化分解的装置及分解方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5038689A (zh) * 1973-07-03 1975-04-10
CN1259398A (zh) * 1999-12-24 2000-07-12 中国科学院兰州化学物理研究所 臭氧分解催化剂
CN103490047A (zh) * 2013-09-18 2014-01-01 山东理工大学 一种三维孔容碳/纳米NiO复合材料的制备方法
CN103500828A (zh) * 2013-09-18 2014-01-08 山东理工大学 一种碳/纳米NiO复合材料的制备方法
CN106605011A (zh) * 2014-07-17 2017-04-26 里兰斯坦福初级大学理事会 用于超活性氢析出电催化的异质结构
CN104226320A (zh) * 2014-08-27 2014-12-24 北京科技大学 钒硼共掺杂二氧化钛与氧化镍复合光催化剂的制备方法
CN105551832A (zh) * 2016-01-13 2016-05-04 吉林化工学院 一步法合成NiO/Co3O4复合电极材料的研究
CN106018706A (zh) * 2016-07-15 2016-10-12 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种氧化锡负载多孔氧化镍气敏传感器材料及制备和应用
CN106391034A (zh) * 2016-10-27 2017-02-15 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种以陶瓷膜为基体的三氧化二铁‑氧化镍‑二氧化铈臭氧催化剂及制备和应用
CN106824218A (zh) * 2017-01-24 2017-06-13 南京大学环境规划设计研究院有限公司 一种高效耐湿臭氧分解催化剂及其制备方法
CN107285392A (zh) * 2017-06-28 2017-10-24 济南大学 一种NiO‑In2O3纳米复合材料的制备方法
CN107285393A (zh) * 2017-07-13 2017-10-24 济南大学 一种具有三乙胺敏感效应的NiO纳米片/α‑Fe2O3纳米立方体异质结材料
CN108499354A (zh) * 2018-02-09 2018-09-07 深圳科莱环保科技有限公司 一种微波协助下臭氧快速催化分解的装置及分解方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Structural evolution and stability studies of heterostructures comprised of carbon nanotubes decorated with nickel/nickel oxide core/shell nanoparticles";Nitin Chopra et.al;《carbon》;20110507;第49卷;第3645-3662页 *
Nitin Chopra et.al."Structural evolution and stability studies of heterostructures comprised of carbon nanotubes decorated with nickel/nickel oxide core/shell nanoparticles".《carbon》.2011,第49卷第3645-3662页. *
Photogenerated Carriers Boost Water Splitting Activity over Transition-Metal/Semiconducting Metal Oxide Bifunctional Electrocatalysts;Xiling Han et.al;《ACS Catalysis》;20170821;第7卷;第6464-6470页 *

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