CN114392748B - 一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用 - Google Patents

一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用，所述整体式催化剂包括泡沫镍和负载于所述泡沫镍上的镍铁层状双金属氢氧化物。本发明的催化剂制备流程简单，可在较苛刻的条件下，稳定高效地分解臭氧，能够应用于各种含有臭氧的气体的处理。

Description

一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用
技术领域
本发明属于环境催化技术领域，涉及一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用。
背景技术
臭氧由于极强的氧化性能，广泛应用于医疗卫生、食品保鲜及水处理等行业，然而臭氧有较长的半衰期，在使用过程中很容易造成残留，直接排放到大气中，将严重影响人类的生存环境。此外，大气中的臭氧浓度很低，而对臭氧分解有竞争和抑制作用的水蒸气浓度却很高，因此在高湿度条件下低浓度臭氧分解非常困难。
CN111408378A中公开了一种用于臭氧分解的粉末催化剂，其为拥有镍铁水滑石结构的层状双金属氢氧化物，具有优异的臭氧分解活性和稳定性。然而，在实际应用中，粉末催化剂必须浸渍或涂覆在蜂窝陶瓷或其他载体上。粉末催化剂的包覆工艺复杂，催化剂与载体的结合力较弱，容易导致整体催化剂的性能劣化。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供了一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用，所述整体式催化剂制备流程简单，可在高湿度条件下，稳定高效地分解低浓度臭氧，能够应用于各种含有臭氧的气体的处理。
本发明的第一方面提供了一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用，所述整体式催化剂包括泡沫镍和负载于所述泡沫镍上的镍铁层状双金属氢氧化物。
根据本发明的一些实施方式，所述整体式催化剂用于催化分解含臭氧气体中的臭氧。在一些实施方式中，所述整体式催化剂用于空气中臭氧的催化分解。在一些实施方式中，所述整体式催化剂用于建筑物外表面和机动车散热器中去除大气环境中臭氧。在一些实施方式中，所述整体式催化剂用于室内和高空飞行器中去除密闭空间中的臭氧。在一些实施方式中，所述整体式催化剂用于水处理尾气中臭氧的去除。
根据本发明的一些实施方式，所述催化分解臭氧包括使含臭氧气体与整体式催化剂接触后，进行反应。
根据本发明的一些实施方式，所述含臭氧气体的相对湿度RH≥40％，例如为45％、50％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或它们之间的任意值。在一些实施方式中，所述含臭氧气体的相对湿度RH≥60％。
根据本发明的一些实施方式，所述含臭氧气体中臭氧的浓度大于0.1ppm。在一些实施方式中，所述含臭氧气体中臭氧的浓度为1ppm、5ppm、10ppm、20ppm、30ppm、40ppm、50ppm、70ppm、100ppm、150ppm、200ppm、250ppm、300ppm或它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述含臭氧气体的空速为50000h-1-150000h-1，例如为60000h-1、70000h-1、80000h-1、90000h-1、100000h-1、110000h-1、120000h-1、130000h-1、140000h-1或它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述反应温度为5℃-40℃，例如10℃、15℃、20℃、25℃、30℃或35℃。在一些实施方式中，所述反应温度为常温。
根据本发明的一些实施方式，所述含臭氧气体选自含臭氧的大气或含臭氧的水处理尾气。
根据本发明的一些实施方式，所述镍铁层状双金属氢氧化物中的镍元素来源于泡沫镍。催化剂与载体之间的牢固性对整体催化剂的寿命有重要影响，本发明巧妙的采用泡沫镍提供合成镍铁层状双金属氢氧化物中所用到的镍元素，能够极大的提高镍铁层状双金属氢氧化物与泡沫镍之间的结合力，提高催化剂的结构稳定性。
根据本发明的一些实施方式，以铁元素的质量计，所述镍铁层状双金属氢氧化物的负载量为(5mg-30mg)/cm3。在一些实施方式中，所述镍铁层状双金属氢氧化物的负载量为6mg/cm3、8mg/cm3、10mg/cm3、11mg/cm3、13mg/cm3、15mg/cm3、16mg/cm3、17mg/cm3、18mg/cm3、19mg/cm3、20mg/cm3、21mg/cm3、23mg/cm3、25mg/cm3、27mg/cm3、29mg/cm3或它们之间的任意值。在一些实施方式中，所述镍铁层状双金属氢氧化物的负载量为(14mg-20mg)/cm3。
根据本发明的一些实施方式，所述整体式催化剂的制备方法包括使泡沫镍与包含铁源、添加剂和沉淀剂的第一溶液混合后，进行水热反应。
根据本发明的一些实施方式，所述方法还包括水热反应完成后，将得到的整体式催化剂洗涤至中性、干燥。在一些实施方式中，所述干燥的温度为60℃-90℃，所述干燥的时间为4h-12h。
本发明中，以泡沫镍作为自负载载体，采用简单的一步水热法成功合成了镍铁层状双金属氢氧化物/泡沫镍整体式催化剂，其中，泡沫镍既作为载体，又作为合成镍铁层状双金属氢氧化物的镍源，能够极大的提高镍铁层状双金属氢氧化物与泡沫铁之间的结合力，提高催化剂的催化性能及结构稳定性。
根据本发明的一些实施方式，所述第一溶液中，以铁元素计，所述铁源和沉淀剂的摩尔比为1:(2-15)，例如1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5、1:5.5、1:6、1:6.5、1:7、1:7.5、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14或它们之间的任意值。在一些实施方式中，所述铁源和沉淀剂的摩尔比为1:(3-10)。在一些实施方式中，所述铁源和沉淀剂的摩尔比为1:(5-8)。
根据本发明的一些实施方式，所述第一溶液中，所述铁源的浓度为0.03mmol/mL-0.1mmol/mL。在一些实施方式中，所述铁源的浓度为0.035mmol/mL、0.04mmol/mL、0.045mmol/mL、0.05mmol/mL、0.055mmol/mL、0.06mmol/mL、0.065mmol/mL、0.07mmol/mL、0.075mmol/mL、0.08mmol/mL、0.085mmol/mL、0.09mmol/mL、0.095mmol/mL或它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述第一溶液中，所述添加剂的浓度为0.05mmol/mL-0.15mmol/mL。在一些实施方式中，所述添加剂的浓度为0.055mmol/mL、0.06mmol/mL、0.065mmol/mL、0.07mmol/mL、0.075mmol/mL、0.08mmol/mL、0.085mmol/mL、0.09mmol/mL、0.095mmol/mL、0.1mmol/mL、0.105mmol/mL、0.11mmol/mL、0.115mmol/mL、0.12mmol/mL、0.125mmol/mL、0.13mmol/mL、0.135mmol/mL、0.14mmol/mL、0.145mmol/mL或它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述第一溶液中，所述沉淀剂的浓度为0.1mmol/mL-0.5mmol/mL。在一些实施方式中，所述沉淀剂的浓度0.11mmol/mL、0.13mmol/mL、0.15mmol/mL、0.17mmol/mL、0.19mmol/mL、0.20mmol/mL、0.23mmol/mL、0.25mmol/mL、0.27mmol/mL、0.29mmol/mL、0.30mmol/mL、0.33mmol/mL、0.35mmol/mL、0.37mmol/mL、0.39mmol/mL、0.40mmol/mL、0.43mmol/mL、0.45mmol/mL、0.47mmol/mL、0.49mmol/mL或它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述泡沫镍与所述第一溶液的体积比为1:(10-40)。在一些实施方式中，所述泡沫镍与所述第一溶液的体积比1:10、1:11、1:13、1:15、1:17、1:19、1:20、1:21、1:23、1:25、1:27、1:29、1:30、1:31、1:33、1:35、1:37、1:39或它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述水热反应的温度为90℃-150℃，例如100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、35℃、140℃或145℃。在一些实施方式中，所述水热反应的时间4h-12h，例如5h、6h、7h、8h、9h、10h或11h。
根据本发明的一些实施方式，所述铁源选自可溶性铁盐中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述铁源选自硝酸铁、氯化铁和硫酸铁中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述添加剂选自卤化铵中的一种或多种。在一些实施方式中，所述添加剂选自氟化铵和/或氯化铵。
根据本发明的一些实施方式，所述沉淀剂选自尿素。
根据本发明的一些实施方式，所述第一溶液包括铁源、添加剂、沉淀剂和水。在一些实施方式中，所述第一溶液由铁源、添加剂、沉淀剂和水组成。
根据本发明的一些具体实施方式，所述整体式催化剂的制备方法包括以下具体步骤：将铁源、添加剂与沉淀剂溶于水中，搅拌，使溶液混合均匀，将上述溶液加入到水热反应釜中，再在反应釜中加入一块铁泡镍，然后密封放于90℃-150℃度烘箱反应4～12h，待反应完成，水热釜冷却至室温后，将得到的催化剂洗涤至中性，干燥后，得到所述整体式催化剂。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明通过简单的一步水热法成功合成了镍铁层状双金属氢氧化物/泡沫镍整体式催化剂，将其应用于臭氧分解时，在65％的相对湿度和102314h-1的气时空速下，表现优异的臭氧转化率和稳定性，具有很高的应用价值和实用性。
附图说明
图1是本发明实施例3所述整体式催化剂的XRD图。
图2是本发明实施例3所述整体式催化剂的SEM图。
图3是泡沫镍的SEM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。
称取0.5、1、1.5、2、2.5、3mmol九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)和1、1.5、2、2.5、3、4mmol氟化铵(NH4F)以及2.5、5、7.5、10、12.5、15、20mmol尿素溶于20-40mL(20～40之间的自然数)的去离子水中，搅拌20min，使溶液混合均匀，将上述溶液加入到50mL的水热反应釜中，再在反应釜中加入一块2mm×20mm×30mm的镍泡沫，然后密封放于90℃-150℃烘箱反应4h-12h，待反应完成，水热釜冷却至室温后，将得到的整体催化剂洗涤至中性，干燥(60℃-90℃，5h-15h)后得到块状整体的NiFe-LDH/NF催化剂，催化剂以NF-x-y-z-m命名，其中，x为0.5、1、1.5、2、2.5、3mmol，表示九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)的使用量。y为1、1.5、2、2.5、3、4mmol(1-4之间的自然数)，表示氟化铵的用量。z为2.5、5、7.5、10、12.5、15、20mmol尿素，表示尿素的用量。m为20-40(20-40之间的自然数)，表示用水量。
实施例1
本实施例提供了一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用，所述应用的具体步骤为：
(1)称取2mmol九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、4mmol氟化铵(NH4F)以及5mmol尿素(Urea)溶于40mL去离子水中，搅拌20min，使溶液混合均匀，将上述溶液加入到50mL水热反应釜中，再在反应釜中加入一块2×20×30mm的镍泡沫，然后密封放于120℃烘箱反应6h，待反应完成，水热釜冷却至室温后，将得到的整体催化剂洗涤至中性，干燥(60℃，10h)后得到块状整体式催化剂，记为：NF-2-4-5-40；
(2)将所述块状整体式催化剂裁切成直径为8mm的圆片备用。将厚度为2mm，直径为8mm的整体式催化剂装入直径为8mm的石英玻璃管中，然后通入反应气(含臭氧的空气)。其中，气体总流量为1.2L/min，臭氧浓度为20ppm(Cin＝20ppm)、测试温度T＝30℃、反应气湿度RH＝45％、GHSV＝102314h-1，测试时间为6h，具体测试结果见表1。
实施例2
本实施例提供了一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用，所述应用的具体步骤为：
(1)称取2mmol九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、4mmol氟化铵(NH4F)以及10mmol尿素(Urea)溶于40mL去离子水中，搅拌20min，使溶液混合均匀，将上述溶液加入到50mL水热反应釜中，再在反应釜中加入一块2×20×30mm的镍泡沫，然后密封放于120℃烘箱反应6h，待反应完成，水热釜冷却至室温后，将得到的整体催化剂洗涤至中性，干燥(60℃，10h)后得到块状整体式催化剂，记为：NF-2-4-10-40；
(2)将所述块状整体式催化剂裁切成直径为8mm的圆片备用。将厚度为2mm，直径为8mm的整体式催化剂装入直径为8mm的石英玻璃管中，然后通入反应气(含臭氧的空气)。其中，气体总流量为1.2L/min，臭氧浓度为20ppm(Cin＝20ppm)、测试温度T＝30℃、反应气湿度RH＝65％、GHSV＝102314h-1，测试时间为6h，具体测试结果见表1。
实施例3
本实施例提供了一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用，所述应用的具体步骤为：
(1)称取2mmol九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、4mmol氟化铵(NH4F)以及15mmol尿素(Urea)溶于40mL去离子水中，搅拌20min，使溶液混合均匀，将上述溶液加入到50mL水热反应釜中，再在反应釜中加入一块2×20×30mm的镍泡沫，然后密封放于120℃烘箱反应6h，待反应完成，水热釜冷却至室温后，将得到的整体催化剂洗涤至中性，干燥(60℃，10h)后得到块状整体式催化剂，记为：NF-2-4-15-40；
所述整体式催化剂的XRD图如图1所示，所述整体式催化剂的SEM图如图1所示，使用的泡沫镍的SEM图如图3所示。
(2)将所述块状整体式催化剂裁切成直径为8mm的圆片备用。将厚度为2mm，直径为8mm的整体式催化剂装入直径为8mm的石英玻璃管中，然后通入反应气(含臭氧的空气)。其中，气体总流量为1.2L/min，臭氧浓度为20ppm(Cin＝20ppm)、测试温度T＝30℃、反应气湿度RH＝65％、GHSV＝102314h-1，测试时间为6h，具体测试结果见表1。
实施例4
本实施例提供了一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用，所述应用的具体步骤为：
(1)称取2mmol九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、4mmol氟化铵(NH4F)以及20mmol尿素(Urea)溶于40mL去离子水中，搅拌20min，使溶液混合均匀，将上述溶液加入到50mL水热反应釜中，再在反应釜中加入一块2×20×30mm的镍泡沫，然后密封放于120℃烘箱反应6h，待反应完成，水热釜冷却至室温后，将得到的整体催化剂洗涤至中性，干燥(60℃，10h)后得到块状整体式催化剂，记为：NF-2-4-20-40；
(2)将所述块状整体式催化剂裁切成直径为8mm的圆片备用。将厚度为2mm，直径为8mm的整体式催化剂装入直径为8mm的石英玻璃管中，然后通入反应气(含臭氧的空气)。其中，气体总流量为1.2L/min，臭氧浓度为20ppm(Cin＝20ppm)、测试温度T＝30℃、反应气湿度RH＝65％、GHSV＝102314h-1，测试时间为6h，具体测试结果见表1。
实施例5
本实施例提供了一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用，所述应用的具体步骤为：
(1)称取2.5mmol九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、4mmol氟化铵(NH4F)以及15mmol尿素(Urea)溶于40mL去离子水中，搅拌20min，使溶液混合均匀，将上述溶液加入到50mL水热反应釜中，再在反应釜中加入一块2×20×30mm的镍泡沫，然后密封放于120℃烘箱反应6h，待反应完成，水热釜冷却至室温后，将得到的整体催化剂洗涤至中性，干燥(60℃，10h)后得到块状整体式催化剂，记为：NF-2.5-4-15-40；
(2)将所述块状整体式催化剂裁切成直径为8mm的圆片备用。将厚度为2mm，直径为8mm的整体式催化剂装入直径为8mm的石英玻璃管中，然后通入反应气(含臭氧的空气)。其中，气体总流量为1.2L/min，臭氧浓度为20ppm(Cin＝20ppm)、测试温度T＝30℃、反应气湿度RH＝65％、GHSV＝102314h-1，测试时间为6h，具体测试结果见表1。
实施例6
本实施例提供了一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用，所述应用的具体步骤为：
(1)称取1.5mmol九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、4mmol氟化铵(NH4F)以及15mmol尿素(Urea)溶于40mL去离子水中，搅拌20min，使溶液混合均匀，将上述溶液加入到50mL水热反应釜中，再在反应釜中加入一块2×20×30mm的镍泡沫，然后密封放于120℃烘箱反应6h，待反应完成，水热釜冷却至室温后，将得到的整体催化剂洗涤至中性，干燥(60℃，10h)后得到块状整体式催化剂，记为：NF-1.5-4-15-40；
(2)将所述块状整体式催化剂裁切成直径为8mm的圆片备用。将厚度为2mm，直径为8mm的整体式催化剂装入直径为8mm的石英玻璃管中，然后通入反应气(含臭氧的空气)。其中，气体总流量为1.2L/min，臭氧浓度为20ppm(Cin＝20ppm)、测试温度T＝30℃、反应气湿度RH＝35％、GHSV＝102314h-1，测试时间为6h，具体测试结果见表1。
实施例7
本实施例提供了一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用，所述应用的具体步骤为：
(1)称取1mmol九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、2.5mmol氟化铵(NH4F)以及7.5mmol尿素(Urea)溶于20mL去离子水中，搅拌20min，使溶液混合均匀，将上述溶液加入到50mL水热反应釜中，再在反应釜中加入一块2×20×30mm的镍泡沫，然后密封放于120℃烘箱反应6h，待反应完成，水热釜冷却至室温后，将得到的整体催化剂洗涤至中性，干燥(60℃，10h)后得到块状整体式催化剂，记为：NF-1-2.5-7.5-20；
(2)将所述块状整体式催化剂裁切成直径为8mm的圆片备用。将厚度为2mm，直径为8mm的整体式催化剂装入直径为8mm的石英玻璃管中，然后通入反应气(含臭氧的空气)。其中，气体总流量为1.2L/min，臭氧浓度为20ppm(Cin＝20ppm)、测试温度T＝30℃、反应气湿度RH＝65％、GHSV＝102314h-1，测试时间为6h，具体测试结果见表1。
实施例8
本实施例提供了一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用，所述应用的具体步骤为：
(1)称取1mmol九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、2mmol氟化铵(NH4F)以及7.5mmol尿素(Urea)溶于20mL去离子水中，搅拌20min，使溶液混合均匀，将上述溶液加入到50mL水热反应釜中，再在反应釜中加入一块2×20×30mm的镍泡沫，然后密封放于120℃烘箱反应6h，待反应完成，水热釜冷却至室温后，将得到的整体催化剂洗涤至中性，干燥(60℃，10h)后得到块状整体式催化剂，记为：NF-1-2-7.5-20；
(2)将所述块状整体式催化剂裁切成直径为8mm的圆片备用。将厚度为2mm，直径为8mm的整体式催化剂装入直径为8mm的石英玻璃管中，然后通入反应气(含臭氧的空气)。其中，气体总流量为1.2L/min，臭氧浓度为20ppm(Cin＝20ppm)、测试温度T＝30℃、反应气湿度RH＝65％、GHSV＝102314h-1，测试时间为6h，具体测试结果见表1。
实施例9
本实施例提供了一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用，所述应用的具体步骤为：
(1)称取1mmol九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、3mmol氟化铵(NH4F)以及7.5mmol尿素(Urea)溶于20mL去离子水中，搅拌20min，使溶液混合均匀，将上述溶液加入到50mL水热反应釜中，再在反应釜中加入一块2×20×30mm的镍泡沫，然后密封放于120℃烘箱反应6h，待反应完成，水热釜冷却至室温后，将得到的整体催化剂洗涤至中性，干燥(60℃，10h)后得到块状整体式催化剂，记为：NF-1-3-7.5-20；
(2)将所述块状整体式催化剂裁切成直径为8mm的圆片备用。将厚度为2mm，直径为8mm的整体式催化剂装入直径为8mm的石英玻璃管中，然后通入反应气(含臭氧的空气)。其中，气体总流量为1.2L/min，臭氧浓度为20ppm(Cin＝20ppm)、测试温度T＝30℃、反应气湿度RH＝65％、GHSV＝102314h-1，测试时间为6h，具体测试结果见表1。
实施例10
本实施例提供了一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用，所述应用的具体步骤为：
(1)称取1mmol九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、1.5mmol氟化铵(NH4F)以及7.5mmol尿素(Urea)溶于20mL去离子水中，搅拌20min，使溶液混合均匀，将上述溶液加入到50mL水热反应釜中，再在反应釜中加入一块2×20×30mm的镍泡沫，然后密封放于120℃烘箱反应6h，待反应完成，水热釜冷却至室温后，将得到的整体催化剂洗涤至中性，干燥(60℃，10h)后得到块状整体式催化剂，记为：NF-1.5-1-7.5-20；
(2)将所述块状整体式催化剂裁切成直径为8mm的圆片备用。将厚度为2mm，直径为8mm的整体式催化剂装入直径为8mm的石英玻璃管中，然后通入反应气(含臭氧的空气)。其中，气体总流量为1.2L/min，臭氧浓度为20ppm(Cin＝20ppm)、测试温度T＝30℃、反应气湿度RH＝65％、GHSV＝102314h-1，测试时间为6h，具体测试结果见表1。
对比例1
本对比例提供了一种堇青石负载镍铁在催化分解臭氧中的应用，所述应用的具体步骤为：
(1)将1g NiFe-LDH催化剂、20mL去离子水和3g铝溶胶加入烧杯中磁力搅拌20min混合均匀，将直径为8mm，厚度为14mm的堇青石载体浸渍在得到的混合溶液中1s后拿出，用洗耳球吹掉孔道中多余的溶液，在60℃烘箱烘干后重复浸渍，直到催化剂负载量达到30mg以上，得到堇青石负载镍铁；
(2)将堇青石负载镍铁装入直径为8mm的石英玻璃管中，然后通入反应气(含臭氧的空气)。其中，气体总流量为1.2L/min，臭氧浓度为20ppm(Cin＝20ppm)、测试温度T＝30℃、反应气湿度RH＝65％、GHSV＝102314h-1，测试时间为6h，具体测试结果见表1。
对比例2
本对比例提供了一种铝泡沫负载镍铁在催化分解臭氧中的应用，所述应用的具体步骤为：
(1)先将厚度为2mm的铝泡沫裁切成7个直径为8mm的圆片备用。将1g NiFe-LDH催化剂、20mL去离子水和3g铝溶胶加入烧杯中磁力搅拌20min混合均匀，分别将7个直径为8mm的铝泡沫圆片载体依次浸渍在得到的混合溶液中各1s后拿出，用洗耳球吹掉孔道中多余的溶液，在60℃烘箱烘干后重复浸渍，直到催化剂负载总量(7个铝泡沫圆片上的负载量)达到30mg以上，得到铝泡沫负载镍铁；
(2)将厚度为2mm，直径为8mm的铝泡沫负载镍铁装入直径为8mm的石英玻璃管中，然后通入反应气(含臭氧的空气)。其中，气体总流量为1.2L/min，臭氧浓度为20ppm(Cin＝20ppm)、测试温度T＝30℃、反应气湿度RH＝65％、GHSV＝102314h-1，测试时间为6h，具体测试结果见表1。
表1
表1中O3转化率＝(Cin-Cout)/Cin×100％，其中，Cin为反应前反应气中臭氧的浓度，Cout为反应后反应气中臭氧的浓度。
由表1可以看出，由实施例1-8可得，本发明将整体式催化剂应用于催化分解臭氧，通过调整整体式催化剂的制备过程中沉淀剂、铁源及添加剂的添加量，制得催化剂催化臭氧的转化率可达95.3％。
从表1的数据可以看出，以镍泡沫为载体，不同尿素量制备的NF-2-4-z-40(实施例1-4)整体式催化剂的活性随尿素添加量的增加先升高再降低，当尿素量为15mmol时催化剂活性最优，在6小时内可以保持94.2％的臭氧转化率。
以不同Fe3+添加量制备的NF-X-4-15-40(实施例3、5、6)催化剂的活性随着Fe3+添加量的增加而升高，说明较高的金属离子浓度更有利于催化剂活性的提高。其中，NF-2.5-4-15-40催化剂的臭氧分解活性最高，在6h内可以保持95.3％的臭氧转化率。当Fe3+的添加量超过2mmol时，催化剂活性增加不明显(从94.2％升高到95.3％)，因此，综合考量催化剂制备的原子经济性和催化剂活性，NF-2-4-15-40的综合性能最好，在6h内可以保持94.2％的臭氧转化率。
以不同氟化铵量制备的NF-1-y-7.5-20(实施例7-10)催化剂活性随氟化铵添加量的增大先升高再降低，其中实施例7的臭氧分解活性最优，可以达到79.9％的臭氧去除率。
在相同测试条件下，对比例1和对比例2分别在0.5h和2h内完全失活，说明这种以泡沫镍自负载的镍铁层状双金属氢氧化物的实施例在臭氧分解反应中的性能要优于以浸渍法后期负载镍铁层状双金属氢氧化物制备的对比例。
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 (16)

1.一种整体式催化剂在催化分解臭氧中的应用，其特征在于，所述整体式催化剂包括泡沫镍和负载于所述泡沫镍上的镍铁层状双金属氢氧化物；
所述整体式催化剂中，以铁元素的质量计，所述镍铁层状双金属氢氧化物的负载量为5～30mg/cm3；
其中，所述整体式催化剂的制备方法包括使泡沫镍与包含铁源、添加剂和沉淀剂的第一溶液混合后，进行水热反应；
所述添加剂选自卤化铵中的一种或多种，所述沉淀剂选自尿素；
所述第一溶液中，以铁元素计，所述铁源和沉淀剂的摩尔比为1:(2～15)；
所述第一溶液中，所述铁源的浓度为0.03～0.1mmol/mL，所述添加剂的浓度为0.05～0.15mmol/mL，所述泡沫镍与所述第一溶液的体积比为1:(10～40)；
所述水热反应的温度为90～150℃，所述水热反应的时间4～12h。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述整体式催化剂用于催化分解含臭氧气体中的臭氧。
3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述催化分解臭氧包括使含臭氧气体与整体式催化剂接触后，进行反应。
4.如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述含臭氧气体的相对湿度RH≥40％。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述含臭氧气体的相对湿度RH≥60％。
6.如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述含臭氧气体中臭氧的浓度大于0.1ppm。
7.如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述含臭氧气体的空速为50000～150000h-1。
8.如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述含臭氧气体选自含臭氧的大气或含臭氧的水处理尾气。
9.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述第一溶液中，以铁元素计，所述铁源和沉淀剂的摩尔比为1:(3～10)。
10.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述第一溶液中，以铁元素计，所述铁源和沉淀剂的摩尔比为1:(5～8)。
11.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述第一溶液中，所述沉淀剂的浓度为0.1～0.5mmol/mL。
12.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述铁源选自可溶性铁盐中的一种或多种。
13.如权利要求12所述的应用，其特征在于，所述铁源选自硝酸铁、氯化铁和硫酸铁中的一种或多种。
14.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述添加剂选自氟化铵和/或氯化铵。
15.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述第一溶液包括铁源、添加剂、沉淀剂和水。
16.如权利要求15所述的应用，其特征在于，所述第一溶液由铁源、添加剂、沉淀剂和水组成。
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