CN112569928A - 一种臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种臭氧协同甲醛‑苯共催化降解催化剂及其制备方法和应用。该催化剂为SiO2包覆的活性碳负载的无定形MnOx，其中以MnO2的质量计，MnO2的负载量为载体质量的10‑20%，催化剂采用溶胶凝胶结合氧化还原的方法制备。本发明所述的催化剂能消除低浓度的臭氧，且在室温下能同时实现对甲醛和苯催化完全降解。该催化剂制备方法简单，价格低廉，能有效利用臭氧的强氧化性降解空气中的甲醛和苯等污染物。

Description

一种臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于催化环保技术领域，具体涉及一种臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂及其制备方法和应用。其目的在于解决当前室内甲醛苯类污染物危害严重的问题。
背景技术
随着生活水平的逐渐提高，环境问题日益严重，室内装潢造成的环境问题引发了越来越多人的关注。其中，甲醛和苯是室内装修中最常见的污染物，其对人体危害巨大，由室内污染造成的疾病也逐步凸显。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一，引发多种疾病，具有强烈的致癌和促癌作用。据有关国际组织调查，全世界每年有近300万人直接或间接死于装修引起的甲醛污染。因此，室内空气中甲醛污染问题亟待解决。苯作为典型室内TVOCs中的一种，在人体中会产生蓄积，危害久远。
目前针对室内污染主要是从源头上控制和后处理两种手段。从源头上控制主要是加强安全装修材料的管控。后处理主要是针对已经引起的室内污染采用吸附、催化分解等方式消除污染。目前针对甲醛和苯的去除，主要是采用吸附的方法，尽管单一的吸附法对甲醛和苯去除效果相对较好，但是容易因为吸附饱和引起失活，且易造成二次污染。催化氧化法能将该类污染物完全降解，但目前的大部分催化剂很难实现常温下甲醛和苯的催化完全降解。臭氧作为一种强氧化剂可以在催化剂表面活化分解为活性氧，该活性氧可以促进甲醛和苯催化氧化过程中中间产物的完全氧化。本发明针对常温下甲醛和苯难以完全催化氧化的特点，制备一种臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂，利用臭氧的强氧化性促进甲醛和苯的完全氧化。
发明内容
针对当前甲醛和苯在常温下难以催化完全氧化的问题，本发明目的在于提供一种臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂，可以利用其对臭氧的敏感性促进甲醛和苯等污染物的深度降解，同时也能消除臭氧污染问题。
本发明的再一目的在于：提供一种上述产品的制备方法。
本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现：一种臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂，该催化剂为SiO2包覆的活性碳负载的无定形MnOx催化剂，以MnO2的质量计，MnO2的负载量为载体质量的10-20%。
本发明还提供了一种臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂的制备方法，该催化剂采用溶胶凝胶结合氧化还原的方法制备，主要包括以下步骤：
（1）称取1.0 g CTAB, 1.0 g椰壳活性炭分散于300 mL H2O中，室温下搅拌48h；
（2）搅拌的条件下，向上述溶液中加入300ml(0.05mol/L) NaOH溶液、15mlTEOS和60ml乙醇，将混合溶液在50℃条件下搅拌18h；
（3）得到的沉淀过滤，用去离子洗涤，于100℃干燥12h；
（4）以1g载体/200ml H2O的比例将一定质量的载体分散于水中；
（5）以MnO2的质量计，按MnO2的负载量为载体质量的10-20%向上述悬浮液中加入一定质量KMnO4，常温下搅拌12h；
（6）得到的沉淀过滤、用去离子水洗涤；
（7）于40℃烘箱中干燥12h，得到本发明所述一种臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂。
本发明也提供了一种臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂在室温对甲醛、臭氧和苯进行催化消除中的应用。
在连续流动固定床装置中测试甲醛净化性能：气体总流量为500ml/min，反应压力为常压1atm，甲醛的初始浓度为1ppm(V/V)，臭氧浓度为50ppm, 样品用量为0.2g。
本发明所述催化剂相较于现有催化剂其特点在于：（1）该催化剂能同时消除室内空气中甲醛、苯和臭氧的污染；（2）该催化剂不需要高温焙烧，降低催化剂成本。
具体实施例
实施例1
一种臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂，该催化剂为SiO2包覆的活性碳负载的无定形MnOx催化剂，以MnO2的质量计，MnO2的负载量为载体质量的10%，按以下步骤制备：
（1）称取1.0 g CTAB, 1.0 g椰壳活性炭分散于300 mL H2O中，室温下搅拌48h；
（2）搅拌的条件下，向上述溶液中加入300ml浓度为0.05mol/L的 NaOH溶液、15mlTEOS和60ml乙醇，将混合溶液在50℃条件下搅拌18h，得到沉淀；
（3）得到的沉淀过滤，用去离子洗涤，于100℃干燥12h，制得载体；
（4）称取1g载体分散于200ml 去离子水中；
（5）向上述悬浮液中加入0.18g KMnO4，常温下搅拌12h，得到沉淀；
（6）将步骤（5）得到的沉淀过滤、用去离子水洗涤；
（7）于40℃烘箱中干燥12h，得到本发明所述一种臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂，记作10MnO2/SiO2@AC。
本实施例得到的催化剂，对甲醛和苯常温催化氧化转化率见表1。
实施例2
一种臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂，与实施例1步骤近似，按以下步骤制备：
（1）称取1.0 g CTAB, 1.0 g椰壳活性炭分散于300 mL H2O中，室温下搅拌48h；
（2）搅拌的条件下，向上述溶液中加入300ml(0.05mol/L) NaOH溶液、15mlTEOS和60ml乙醇，将混合溶液在50 ℃条件下搅拌18h，得到沉淀即为载体；
（3）称取1g制备好的载体分散于200ml去离子水中，得到悬浮液；
（4）向上述悬浮液中加入0.27g高锰酸钾，常温下搅拌12h，得到沉淀；
（5）将步骤（4）得到的沉淀用去离子水洗涤；
（6）于40℃烘箱中干燥12h，得到本发明所述催化剂，记作15MnO2/SiO2@AC。
本实施例得到的催化剂，对甲醛和苯常温催化氧化转化率见表1。
实施例3
一种臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂，与实施例1步骤近似，按以下步骤制备：
（1）称取1.0 g CTAB, 1.0 g椰壳活性炭分散于300 mL H2O中，室温下搅拌48h；
（2）搅拌的条件下，向上述溶液中加入300ml浓度为0.05mol/L的NaOH溶液、15mlTEOS和60ml乙醇，将混合溶液在50 ℃条件下搅拌18h，得到沉淀即为载体；
（3）称取1g制备好的载体分散于200ml去离子水中，得到悬浮液；
（4）向上述悬浮液中加入0.36g高锰酸钾，常温下搅拌12h，得到沉淀；
（5）将步骤（4）得到的沉淀用去离子水洗涤，于40℃烘箱中干燥12h，得到本发明所述催化剂，记作20MnO2/SiO2@AC。
本实施例得到的催化剂，对甲醛和苯常温催化氧化转化率见表1。
在连续流动固定床装置中测试甲醛净化性能：气体总流量为500ml/min，反应压力为常压1atm，甲醛的初始浓度为1ppm(V/V)，臭氧浓度为50ppm, 样品用量为0.2g。各催化剂的催化性能测试结果如下表1。
在连续流动固定床装置中测试甲苯净化性能。气体总流量为100ml/min，反应压力为常压1atm，苯的初始浓度为10ppm(V/V)，臭氧浓度为50ppm, 样品用量为0.2g。催化性能测试结果如下表1：
Figure 394268DEST_PATH_IMAGE001
从表1的结果可以看出，此方法所制备的臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂在室温能实现甲醛和苯的催化完全氧化。

Claims (3)

1.一种臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂，其特征在于，该催化剂为SiO2包覆的活性碳负载的无定形MnOx催化剂，以MnO2的质量计，MnO2的负载量为载体质量的10-20%。
2.一种根据权利要求1所述臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂的制备方法，其特征在于，该催化剂采用溶胶凝胶结合氧化还原的方法制备，主要包括以下步骤：
（1）称取1.0 g CTAB, 1.0 g椰壳活性炭分散于300 mL H2O中，室温下搅拌48h；
（2）搅拌的条件下，向上述溶液中加入300ml(0.05mol/L) NaOH溶液、15mlTEOS和60ml乙醇，将混合溶液在50℃条件下搅拌18h；
（3）得到的沉淀过滤，用去离子洗涤，于100℃干燥12h；
（4）以1g载体/200ml H2O的比例将一定质量的载体分散于水中；
（5）以MnO2的质量计，按MnO2的负载量为载体质量的10-20%向上述悬浮液中加入一定质量KMnO4，常温下搅拌12h；
（6）得到的沉淀过滤、用去离子水洗涤；
（7）于40℃烘箱中干燥12h，得到本发明所述一种臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂。
3.一种根据权利要求1所述臭氧协同甲醛-苯共催化降解催化剂在室温对甲醛、臭氧和苯进行催化消除中的应用。
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