CN113797749B - 一种光热协同条件下锰负载的青铜矿二氧化钛降解氮氧化物的方法 - Google Patents

一种光热协同条件下锰负载的青铜矿二氧化钛降解氮氧化物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光热协同条件下锰负载的青铜矿TiO2降解NOx的方法,该方法适用于光热协同体系下锰负载青铜矿TiO2催化降解氮氧化物的反应体系,以简单的水热合成法制备高纯度青铜矿TiO2,再以常见的高锰酸钾溶液二次水热制备得到了高分散锰负载的青铜矿TiO2催化剂,接着将催化剂通过简单刮涂法刮涂于玻璃基底表面,得到大面积均匀的氮氧化物降解催化剂材料。同时,采用商用卤钨灯为光源,恒温加热板为外部热源,即可完成光热协同体系下氮氧化物的深度氧化降解。该发明避免了传统选择性催化还原体系中反应温度过高、原材料存在二次污染、对催化体系要求苛刻以及传统光催化反应中催化效率低、毒副中间产物含量高等一系列问题,适宜大多数环境下广泛推广使用。

Description

一种光热协同条件下锰负载的青铜矿二氧化钛降解氮氧化物 的方法
技术领域
本发明涉及一种降解氮氧化物的方法,具体涉及一种光热协同条件下锰负载的青铜矿TiO2降解NOx的方法。
背景技术
随着工业化、机械化进程的推进,人们的生产生活水平不断地提升。同时,大量的化石燃料的使用也造成了大气中氮氧化物(NOx)含量的激增。为此,探寻一种高效、环保、经济的方法以去除大气中过多的氮氧化物已迫在眉睫。常见的氮氧化物去除方法有选择性催化还原(SCR)方法和光催化氧化(PCO)法。二者都是将有毒的氮氧化物经升温或光照催化还原为氮气或氧化为硝酸盐类物质,从而将有毒的氮氧化物气体转化为无害化产物,目前已经在众多领域中得到了广泛性的应用。
选择性催化还原相比于其他方法而言,优势在于产物为氮气,对环境没有任何影响。但选择性催化还原也具有明显的缺点,其一,反应温度高,对设备要求苛刻;其二,所选择的还原剂多为氨气或其他烃类物质,容易对环境造成二次污染;其三,反应中所需催化剂多为贵金属,对催化剂的选择上形成了极大的限制。与之形成鲜明的对比,光催化氧化法显示出了其特有的优势,该方法可以利用太阳光中的紫外光或可见光部分完成对催化剂的激发,完成氮氧化物的催化氧化,该方法对反应装置要求不高,高效节能且经济环保。但该方法也存在明显的缺点,由于光催化氧化过程中催化剂的氧化能力受众多因素的限制,导致在反应过程中会产生有毒的中间产物二氧化氮,限制了光催化氧化过程中氮氧化物的去除效率。
基于上述因素,如何找到一种经济、环保、高效的氮氧化物降解方法已然成为了当今研究的重要课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种光热协同条件下锰负载的青铜矿TiO2降解NOx的方法,该方法适用于光热协同反应体系下锰负载的青铜矿TiO2催化降解氮氧化物的反应体系,本发明的方法以外部恒温加热板为反应体系提供稳定的热源,商用卤钨灯提供的紫外光源透过光学石英玻璃照射在催化剂表面,实现热辅助下的光催化降解氮氧化物。因而,在适当的温度下,提升原有光催化反应体系下的氮氧化物的氧化能力,提高氮氧化物的降解性能。
为了实现上述目的,本发明的技术方案具体如下:
本发明提供一种光热协同条件下锰负载的青铜矿TiO2降解NOx的方法,包括以下步骤:
步骤1、制备白色青铜矿TiO2粉末
将四氯化钛、浓氨水、过氧化氢和乙醇酸依次加入到冰块中,并不断进行磁力搅拌,最终得到浅黄色透明溶液;将所得溶液置于恒温鼓风干燥箱中反应;反应结束后取出加入蒸馏水,搅拌至成为均匀稳定的溶液后,加入无机强酸调其酸度,置于高压反应釜中反应;反应结束后待反应液冷却后得到的白色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,得到白色青铜矿TiO2粉末;
步骤2、制备锰负载的青铜矿TiO2粉末
取上述得到的青铜矿TiO2白色粉末于高压反应釜中,同时加入含有高锰酸钾或者不含有高锰酸钾的去离子水,置于电热鼓风干燥箱中进行水热反应,反应结束后待反应液冷却后将得到的咖啡色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,得到锰负载的青铜矿TiO2粉末;
步骤3、制备催化剂样品
取得到的催化剂粉末以去离子水为分散剂均匀刮涂于洁净玻璃基底表面,置于电热鼓风干燥箱中干燥,即得到所用催化剂样品;
步骤4、用催化剂样品降解NOx
将两块制备好的相同的催化剂样品置于流动相国标光催化反应器中心,加盖光学石英玻璃并充分密封,采用NO标准气体为气体源,高纯空气为载气,控制反应湿度,以商用卤钨灯为紫外光源,恒温加热板提供稳定热源,以此方法完成光热协同体系中氮氧化的催化氧化反应。
在上述技术方案中,优选的是步骤1中:所述四氯化钛、浓氨水、过氧化氢、乙醇酸的用量按重量比为四氯化钛:浓氨水:过氧化氢:乙醇酸=1~2:3~5:11~15:1;所得溶液置于恒温鼓风干燥箱中60-100℃反应5-8小时;置于高压反应釜中加热至反应温度为130-180℃反应1-3小时。
在上述技术方案中,优选的是步骤2中:取青铜矿TiO2白色粉末0.05g-0.2g;加入30mL去离子水,向去离子水中加入0.5mg-30mg高锰酸钾;置于100-140℃的电热鼓风干燥箱中水热反应6-10小时。
在上述技术方案中,优选的是步骤3具体为:称取0.02-0.1g得到的催化剂粉末以去离子水为分散剂均匀刮涂于5*5cm2的洁净玻璃基底表面,置于60-80℃的电热鼓风干燥箱中干燥8-12小时。
在上述技术方案中,优选的是步骤4中:紫外光源的强度为0.5mW/cm2-3mW/cm2,温度控制在40℃-80℃。
在上述技术方案中,进一步优选的是步骤1中所述四氯化钛、浓氨水、过氧化氢、乙醇酸的用量按重量比为四氯化钛:浓氨水:过氧化氢:乙醇酸=1.5:3.5:13:1;所得溶液置于恒温鼓风干燥箱中85℃反应7小时;置于高压反应釜中加热至反应温度为150℃反应2小时。
在上述技术方案中,进一步优选的是步骤2中:青铜矿TiO2白色粉末用量为0.1g;加入30mL去离子水,向去离子水中加入1mg高锰酸钾;以130℃的温度置于电热鼓风干燥箱中水热反应9小时。
在上述技术方案中,进一步优选的是步骤3具体为:称取0.05g催化剂粉末以去离子水为分散剂均匀刮涂于5*5cm2的洁净玻璃基底表面,置于70℃的电热鼓风干燥箱中干燥10小时。
在上述技术方案中,步骤4中紫外光源的强度为2mW/cm2;温度控制在70℃。
本发明的有益效果是:
本发明的方法适用于光热协同体系下锰负载青铜矿TiO2催化降解氮氧化物的反应体系,以简单的水热合成法制备高纯度青铜矿TiO2,再以常见的高锰酸钾为原料二次水热制备得到了高分散锰负载的青铜矿TiO2催化剂,将制备得到的催化剂通过简单刮涂法刮涂于市售玻璃基底表面,即可得到大面积均匀的氮氧化物降解催化剂材料。同时,采用常见的商用卤钨灯为光源,恒温加热板为外部热源,即可完成光热协同体系下氮氧化物的深度氧化降解。该发明避免了传统选择性催化还原体系中反应温度过高、原材料存在二次污染、对催化体系要求苛刻以及传统光催化反应中催化效率低、毒副中间产物含量高等一系列问题,适宜大多数环境下广泛推广使用。
本发明适用的锰负载青铜矿TiO2催化降解氮氧化物反应体系在光热协同条件下具有良好的催化降解氮氧化物反应活性,非常适用于建筑物内外墙体、水泥基或沥青基路面等表面使用,以减少环境中NO对人体和环境造成的损害。
本发明适用的方法对反应环境要求不高,极大地降低了催化氧化过程中的成本,该方法中锰的负载浓度可以任意调节,光热协同反应体系下具有较高的氮氧化物脱除效果。
本发明的光热协同催化降解氮氧化物反应体系具有较高的催化活性,适用于日常生产生活中脱除氮氧化物。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为实施例1中所制备得到的粉末样品的X射线衍射图。
图2为实施例1中所制备得到的粉末样品的拉曼光谱数据。
图3为实施例1中所制备得到的粉末样品的高分辨扫描电镜图片。
图4为实施例1中所制备的锰负载青铜矿TiO2催化剂在20分钟内光热协同条件下降解一氧化氮和生成二氧化氮的浓度变化曲线图。
图5为实施例2中所制备得到的粉末样品的X射线衍射图。
图6为实施例2中所制备得到的粉末样品的拉曼光谱数据。
图7为实施例2中所制备得到的粉末样品的高分辨扫描电镜图片。
图8为实施例2中所制备的锰负载青铜矿TiO2催化剂在20分钟内光热协同条件下降解一氧化氮和生成二氧化氮的浓度变化曲线图。
图9为实施例3中所制备得到的粉末样品的X射线衍射图。
图10为实施例3中所制备得到的粉末样品的拉曼光谱数据。
图11为实施例3中所制备得到的粉末样品的高分辨扫描电镜图片。
图12为实施例3中所制备的锰负载青铜矿TiO2催化剂在20分钟内光热协同条件下降解一氧化氮和生成二氧化氮的浓度变化曲线图。
图13为实施例4中所制备得到的粉末样品的X射线衍射图。
图14为实施例4中所制备得到的粉末样品的拉曼光谱数据。
图15为实施例4中所制备得到的粉末样品的高分辨扫描电镜图片。
图16为实施例4中所制备的锰负载青铜矿TiO2催化剂在20分钟内光热协同条件下降解一氧化氮和生成二氧化氮的浓度变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做以详细说明。
本发明提供了一种锰负载青铜矿TiO2催化降解氮氧化物的反应体系,包括以下步骤:
将四氯化钛、浓氨水、过氧化氢和乙醇酸依次加入到冰块中,并不断进行磁力搅拌,最终得到浅黄色透明溶液;所述四氯化钛、浓氨水、过氧化氢、乙醇酸的用量按重量比为四氯化钛:浓氨水:过氧化氢:乙醇酸=1~2:3~5:11~15:1;将所得溶液置于恒温鼓风干燥箱中60-100℃反应5-8小时;取出后加入蒸馏水,搅拌至成为均匀稳定的溶液后,置于高压反应釜中加热至反应温度为130-180℃反应1-3小时;待反应液冷却后将得到的白色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,得到白色青铜矿TiO2粉末;
称取上述得到的青铜矿TiO2白色粉末0.05g-0.2g于高压反应釜中,加入30mL去离子水,向去离子水中添加0.5mg-30mg的高锰酸钾,同时以100-140℃的温度置于电热鼓风干燥箱中水热反应6-10小时,待反应液冷却后将得到的咖啡色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,得到锰负载的青铜矿TiO2粉末;
称取0.02-0.1g得到的催化剂粉末以去离子水为分散剂均匀刮涂于5*5cm2的洁净的玻璃基底表面,置于60-80℃的电热鼓风干燥箱中干燥8-12小时,即得到所用催化剂样品;
将两块制备好的相同的催化剂样品置于流动相国标光催化反应器中心,加盖光学石英玻璃并充分密封,采用NO标准气体为气体源,高纯空气为载气,反应湿度控制在50%,以商用卤钨灯为紫外光源,强度为0.5mW/cm2-3 mW/cm2,恒温加热板作为外部加热热源,温度控制在40℃-80℃,以此方法完成光热协同条件下氮氧化物的催化氧化反应。
以下通过实施例对本发明进行清楚、完整的说明。
实施例1
以四氯化钛、浓氨水、过氧化氢和乙醇酸为原料,依次加入到冰块中,并不断进行磁力搅拌,最终得到浅黄色透明溶液;所述四氯化钛、浓氨水、过氧化氢、乙醇酸的用量按重量比为四氯化钛:浓氨水:过氧化氢:乙醇酸=1.5:3.5:13:1;将所得溶液置于恒温鼓风干燥箱中85℃反应7小时;取出后加入蒸馏水,搅拌至成为均匀稳定的溶液后,置于高压反应釜中加热至反应温度为150℃反应2小时;待反应液冷却后将得到的白色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,得到白色青铜矿TiO2粉末;
称取上述得到的青铜矿TiO2白色粉末0.1g于高压反应釜中,加入30mL去离子水,向去离子水中添加1mg高锰酸钾,同时以130℃的温度置于电热鼓风干燥箱中水热反应9小时,待反应液冷却后将得到的咖啡色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,得到锰负载的青铜矿TiO2粉末;
称取0.05g得到的催化剂粉末以去离子水为分散剂均匀刮涂于5*5cm2的洁净玻璃基底表面,置于70℃的电热鼓风干燥箱中干燥10小时,即得到所用催化剂样品;
将两块制备好的相同的催化剂样品置于流动相国标光催化反应器中心,加盖光学石英玻璃并充分密封,采用NO标准气体为气体源,高纯空气为载气,反应湿度控制在50%,以商用卤钨灯为紫外光源,强度为2mW/cm2,恒温加热板作为外部加热热源,温度控制在70℃,以此方法完成光热协同条件下氮氧化物的催化氧化反应。
本实施例为最佳实施例。图1为实施例1中所制备得到的粉末样品的X射线衍射图,从图中我们可以明显地看到,虽然催化剂的表面负载了一定量的含锰化合物,但样品仍然保持了原有青铜矿TiO2的初始晶相,并没有发生明显改变。图2为实施例1中所制备得到的粉末样品的拉曼光谱数据,从图中我们可以明显地看到,负载含锰化合物后,样品的拉曼光谱与原始青铜矿TiO2拉曼光谱几乎未发生变化,表明负载并没有改变样品原有的青铜矿TiO2晶相。图3为实施例1中所制备得到的粉末样品的扫描电镜图片,扫描电镜图像表明,所制备的样品保持了原有青铜矿TiO2微球的结构,并没有发现其他的物质粒子存在。图4为实施例1中所制备的锰负载青铜矿TiO2催化剂在20分钟内光热协同条件下降解一氧化氮和生成二氧化氮的浓度变化曲线图,从浓度变化曲线图中我们可以清晰的看出,当反应进行至2-3分钟时,一氧化氮的浓度降至最低,且浓度在随后的反应过程中保持动态平衡,二氧化氮浓度也在反应至4分钟后保持动态平衡状态,从反应曲线图中可以清晰地看到,该条件下对一氧化氮具有明显的催化降解活性,同时在中间产物二氧化氮的生成方面也具有良好的抑制作用。
实施例2
以四氯化钛、浓氨水、过氧化氢和乙醇酸为原料,依次加入到冰块中,并不断进行磁力搅拌,最终得到浅黄色透明溶液;所述四氯化钛、浓氨水、过氧化氢、乙醇酸的用量按重量比为四氯化钛:浓氨水:过氧化氢:乙醇酸=1.5:3.5:13:1;将所得溶液置于恒温鼓风干燥箱中85℃反应7小时;取出后加入蒸馏水,搅拌至成为均匀稳定的溶液后,置于高压反应釜中加热至反应温度为150℃反应2小时;待反应液冷却后将得到的白色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,得到白色青铜矿TiO2粉末;
称取上述得到的青铜矿TiO2白色粉末0.1g于高压反应釜中,加入30mL去离子水,同时以130℃的温度置于电热鼓风干燥箱中水热反应9小时,待反应液冷却后将得到的白色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,即得到该条件下的青铜矿TiO2粉末;
称取0.05g得到的催化剂粉末以去离子水为分散剂均匀刮涂于5*5cm2的洁净市售玻璃基底表面,置于70℃的电热鼓风干燥箱中干燥10小时,即得到所用催化剂样品;
将两块制备好的相同的催化剂样品置于流动相国标光催化反应器中心,加盖光学石英玻璃并充分密封,采用NO标准气体为气体源,高纯空气为载气,反应湿度控制在50%,以商用卤钨灯为紫外光源,强度为2mW/cm2,恒温加热板作为外部加热热源,温度控制在70℃,以此方法完成光热协同条件下氮氧化物的催化氧化反应。
图5中为实施例2中所制备得到的粉末样品的X射线衍射图,图中可以明显地看到,样品为纯净的青铜矿TiO2,与X射线衍射标准卡片可以完美对应(JCPDS No.46-1238)。图6中为实施例2中所制备得到的粉末样品的拉曼光谱数据,从图中可以明显地看到,该样品为标准的青铜矿TiO2,在波数为225cm-1处可以明显地看到青铜矿TiO2的拉曼光谱峰。图7为实施例2中所制备得到的粉末样品的扫描电镜图片,扫描电镜图像可以看出,所制备的样品为粒径在1-2μm的微球结构,且形貌较为均匀。图8为实施例2中所制备的青铜矿TiO2催化剂在20分钟内光热协同条件下降解一氧化氮和生成二氧化氮的浓度变化曲线图,从浓度变化曲线图中可以清晰的看出,当反应进行至5分钟时,一氧化氮的浓度降至最低,且浓度在随后的反应过程中保持动态平衡,二氧化氮浓度也在反应至6分钟后保持动态平衡状态,从反应曲线图中可以看到,该条件下对一氧化氮具有较好的催化降解活性,同时在中间产物二氧化氮的生成方面也具有良好的抑制作用。
实施例3
以四氯化钛、浓氨水、过氧化氢和乙醇酸为原料,依次加入到冰块中,并不断进行磁力搅拌,最终得到浅黄色透明溶液;所述四氯化钛、浓氨水、过氧化氢、乙醇酸的用量按重量比为四氯化钛:浓氨水:过氧化氢:乙醇酸=1.5:3.5:13:1;将所得溶液置于恒温鼓风干燥箱中85℃反应7小时;取出后加入蒸馏水,搅拌至成为均匀稳定的溶液后,置于高压反应釜中加热至反应温度为150℃反应2小时;待反应液冷却后将得到的白色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,得到白色青铜矿TiO2粉末;
称取上述得到的青铜矿TiO2白色粉末0.1g于高压反应釜中,加入30mL含有2mg高锰酸钾的去离子水中,同时以130℃的温度置于电热鼓风干燥箱中水热反应9小时,待反应液冷却后将得到的咖啡色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,得到锰负载的青铜矿TiO2粉末;
称取0.05g得到的催化剂粉末以去离子水为分散剂均匀刮涂于5*5cm2的洁净玻璃基底表面,置于70℃的电热鼓风干燥箱中干燥10小时,即得到所用催化剂样品;
将两块制备好的相同的催化剂样品置于流动相国标光催化反应器中心,加盖光学石英玻璃并充分密封,采用NO标准气体为气体源,高纯空气为载气,反应湿度控制在50%,以商用卤钨灯为紫外光源,强度为2mW/cm2,恒温加热板作为外部加热热源,温度控制在70℃,以此方法完成光热协同条件下氮氧化物的催化氧化反应。
图9中为实施例3中所制备得到的粉末样品的X射线衍射图,从图中可以发现,虽然在催化剂表面负载了一定量的含锰化合物,但样品仍保持了原有青铜矿TiO2的初始晶相,并没有发生明显改变。图10为实施例3中所制备得到的粉末样品的拉曼光谱数据,从图中可以观察到,在负载了含锰化合物后,样品的拉曼光谱与原始青铜矿TiO2拉曼光谱未发生明显改变,表明原有的青铜矿TiO2晶相并没有因为负载锰而发生改变。图11为实施例3中所制备得到的粉末样品的扫描电镜图片,扫描电镜图像可以看出,所制备的样品保持了原有青铜矿TiO2微球的结构,且在微球表面也未发现其他形状粒子的存在。图12为实施例3中所制备的锰负载青铜矿TiO2催化剂在20分钟内光热协同条件下降解一氧化氮和生成二氧化氮的浓度变化曲线图,从浓度变化曲线图中可以清晰地看出,当反应进行至3-4分钟时,一氧化氮的浓度降至最低,且浓度在随后的反应过程中保持动态平衡,二氧化氮浓度也在反应至5-6分钟后保持动态平衡状态,从反应曲线图中可以清晰地看出,该条件下对一氧化氮具有较好的催化降解活性,同时在中间产物二氧化氮的生成方面也具有较好的抑制作用。
实施例4
以四氯化钛、浓氨水、过氧化氢和乙醇酸为原料,依次加入到冰块中,并不断进行磁力搅拌,最终得到浅黄色透明溶液;所述四氯化钛、浓氨水、过氧化氢、乙醇酸的用量按重量比为四氯化钛:浓氨水:过氧化氢:乙醇酸=1.5:3.5:13:1;将所得溶液置于恒温鼓风干燥箱中85℃反应7小时;取出后加入蒸馏水,搅拌至成为均匀稳定的溶液后,置于高压反应釜中加热至反应温度为150℃反应2小时;待反应液冷却后将得到的白色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,得到白色青铜矿TiO2粉末;
称取上述得到的青铜矿TiO2白色粉末0.1g于高压反应釜中,加入30mL含有5mg高锰酸钾的去离子水中,同时以130℃的温度置于电热鼓风干燥箱中水热反应9小时,待反应液冷却后将得到的咖啡色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,得到锰负载的青铜矿TiO2粉末;
称取0.05g得到的催化剂粉末以去离子水为分散剂均匀刮涂于5*5cm2的洁净玻璃基底表面,置于70℃的电热鼓风干燥箱中干燥10小时,即得到所用催化剂样品;
将两块制备好的相同的催化剂样品置于流动相国标光催化反应器中心,加盖光学石英玻璃并充分密封,采用NO标准气体为气体源,高纯空气为载气,反应湿度控制在50%,以商用卤钨灯为紫外光源,强度为2mW/cm2,恒温加热板作为外部加热热源,温度控制在70℃,以此方法完成光热协同条件下氮氧化物的催化氧化反应。
图13中为实施例4中所制备得到的粉末样品的X射线衍射图,从图中可以明显地发现,虽然在催化剂表面负载了一定量的含锰化合物,但样品仍然保持了原有青铜矿TiO2的初始晶相,并没有因为负载的原因发生改变。图14为实施例4中所制备得到的粉末样品的拉曼光谱数据,从图中可以明显地看到,在负载了含锰化合物后,样品的拉曼光谱与原始青铜矿TiO2拉曼光谱仍保持一致,表明负载后样品的晶相与负载前一致。图15为实施例4中所制备得到的粉末样品的扫描电镜图片,扫描电镜图像可以看出,所制备的样品在负载锰后仍保持了原有青铜矿TiO2微球的结构,并没有发现其他形貌小粒子存在,表明负载并没有对样品的形貌发生改变。图16为实施例4中所制备的锰负载青铜矿TiO2催化剂在20分钟内光热协同条件下降解一氧化氮和生成二氧化氮的浓度变化曲线图,从浓度变化曲线图中可以清晰的看出,当反应进行至3-4分钟时,一氧化氮的浓度降至最低,随反应时间的推移,一氧化氮的浓度略有改变,二氧化氮浓度也在反应至4-5分钟后保持动态平衡状态,从反应曲线图中清晰地表明,该条件下对一氧化氮具有相对较好的催化降解活性,同时在中间产物二氧化氮的生成方面也具有一定的抑制作用。
实施例5
以四氯化钛、浓氨水、过氧化氢和乙醇酸为原料,依次加入到冰块中,并不断进行磁力搅拌,最终得到浅黄色透明溶液;所述四氯化钛、浓氨水、过氧化氢、乙醇酸的用量按重量比为四氯化钛:浓氨水:过氧化氢:乙醇酸=1:3:11:1;将所得溶液置于恒温鼓风干燥箱中60℃反应8小时;取出后加入蒸馏水,搅拌至成为均匀稳定的溶液后,置于高压反应釜中加热至反应温度为130℃反应3小时;待反应液冷却后将得到的白色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,得到白色青铜矿TiO2粉末;
称取上述得到的青铜矿TiO2白色粉末0.05g于高压反应釜中,同时加入30mL含有15mg高锰酸钾的去离子水中,同时以100℃的温度置于电热鼓风干燥箱中水热反应10小时,待反应液冷却后将得到的咖啡色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,得到锰负载的青铜矿TiO2粉末;
称取0.02g得到的催化剂粉末以去离子水为分散剂均匀刮涂于5*5cm2的洁净玻璃基底表面,置于60℃的电热鼓风干燥箱中干燥12小时,即得到所用催化剂样品;
将两块制备好的相同的催化剂样品置于流动相国标光催化反应器中心,加盖光学石英玻璃并充分密封,采用NO标准气体为气体源,高纯空气为载气,反应湿度控制在50%,以商用卤钨灯为紫外光源,强度为0.5mW/cm2,恒温加热板作为外部加热热源,温度控制在40℃,以此方法完成光热协同条件下氮氧化物的催化氧化反应。
本实施例的催化剂样品对一氧化氮具有催化降解活性,同时在中间产物二氧化氮的生成方面也具有良好的抑制作用。
实施例6
以四氯化钛、浓氨水、过氧化氢和乙醇酸为原料,依次加入到冰块中,并不断进行磁力搅拌,最终得到浅黄色透明溶液;所述四氯化钛、浓氨水、过氧化氢、乙醇酸的用量按重量比为四氯化钛:浓氨水:过氧化氢:乙醇酸=2:5:15:1;将所得溶液置于恒温鼓风干燥箱中100℃反应5小时;取出后加入蒸馏水,搅拌至成为均匀稳定的溶液后,置于高压反应釜中加热至反应温度为180℃反应1小时;待反应液冷却后将得到的白色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,得到白色青铜矿TiO2粉末;
称取上述得到的青铜矿TiO2白色粉末0.2g于高压反应釜中,同时加入30mL含有25mg高锰酸钾的去离子水中,同时以140℃的温度置于电热鼓风干燥箱中水热反应6小时,待反应液冷却后将得到的咖啡色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,得到锰负载的青铜矿TiO2粉末;
称取0.1g得到的催化剂粉末以去离子水为分散剂均匀刮涂于5*5cm2的洁净玻璃基底表面,置于80℃的电热鼓风干燥箱中干燥8小时,即得到所用催化剂样品;
将两块制备好的相同的催化剂样品置于流动相国标光催化反应器中心,加盖光学石英玻璃并充分密封,采用NO标准气体为气体源,高纯空气为载气,反应湿度控制在50%,以商用卤钨灯为紫外光源,强度为3mW/cm2,恒温加热板作为外部加热热源,温度控制在70℃,以此方法完成光热协同条件下氮氧化物的催化氧化反应。
本实施例的催化剂样品对一氧化氮具有催化降解活性,同时在中间产物二氧化氮的生成方面也具有良好的抑制作用。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种光热协同条件下锰负载的青铜矿TiO2降解NOx的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、制备白色青铜矿TiO2粉末
将四氯化钛、浓氨水、过氧化氢和乙醇酸依次加入到冰块中,并不断进行磁力搅拌,最终得到浅黄色透明溶液;将所得溶液置于恒温鼓风干燥箱中反应;反应结束后取出加入蒸馏水,搅拌至成为均匀稳定的溶液后,加入无机强酸调其酸度,置于高压反应釜中反应;反应结束后待反应液冷却后得到的白色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,得到白色青铜矿TiO2粉末;
步骤2、制备锰负载的青铜矿TiO2粉末
取上述得到的青铜矿TiO2白色粉末于高压反应釜中,同时加入含有高锰酸钾的去离子水,置于电热鼓风干燥箱中进行水热反应,反应结束后待反应液冷却后将得到的咖啡色沉淀物洗涤、离心,冷冻干燥后,得到锰负载的青铜矿TiO2粉末;
步骤3、制备催化剂样品
取得到的催化剂粉末以去离子水为分散剂均匀刮涂于洁净玻璃基底表面,置于电热鼓风干燥箱中干燥,即得到所用催化剂样品;
步骤4、用催化剂样品降解NOx
将两块制备好的相同的催化剂样品置于流动相国标光催化反应器中心,加盖光学石英玻璃并充分密封,采用NO标准气体为气体源,高纯空气为载气,控制反应湿度,以商用卤钨灯为紫外光源,恒温加热板提供稳定热源,以此方法完成光热协同体系中氮氧化的催化氧化反应。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤1中:所述四氯化钛、浓氨水、过氧化氢、乙醇酸的用量按重量比为四氯化钛:浓氨水:过氧化氢:乙醇酸=1~2:3~5:11~15:1;所得溶液置于恒温鼓风干燥箱中60-100℃反应5-8小时;置于高压反应釜中加热至反应温度为130-180℃反应1-3小时。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤2中:取青铜矿TiO2白色粉末0.05 g-0.2 g;加入30 mL去离子水,向去离子水中加入0.5 mg-30 mg高锰酸钾;置于100-140 ℃的电热鼓风干燥箱中水热反应6-10小时。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤3具体为:称取0.02-0.1g得到的催化剂粉末以去离子水为分散剂均匀刮涂于5*5 cm2的洁净玻璃基底表面,置于60-80 ℃的电热鼓风干燥箱中干燥8-12小时。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤4中:紫外光源的强度为0.5 mW/cm2-3mW/cm2,温度控制在40 ℃-80 ℃。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤1中所述四氯化钛、浓氨水、过氧化氢、乙醇酸的用量按重量比为四氯化钛:浓氨水:过氧化氢:乙醇酸=1.5:3.5:13:1;所得溶液置于恒温鼓风干燥箱中85℃反应7小时;置于高压反应釜中加热至反应温度为150℃反应2小时。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤2中:青铜矿TiO2白色粉末用量为0.1g;加入30 mL去离子水,向去离子水中加入1mg高锰酸钾;以130 ℃的温度置于电热鼓风干燥箱中水热反应9小时。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤3具体为:称取0.05g催化剂粉末以去离子水为分散剂均匀刮涂于5*5 cm2的洁净玻璃基底表面,置于70 ℃的电热鼓风干燥箱中干燥10小时。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤4中紫外光源的强度为2 mW/cm2;温度控制在70 ℃。
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