CN1465427A - 一种消除o3以及同时消除o3和co的催化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种催化分解消除O3以及同时消除O3和CO的催化方法。采用的催化剂活性高，使用范围广，且具有抗潮湿和抗O3氧化腐蚀的特点。本发明选择的活性组分为金，载体为氧化物Co3O4、NiO、Fe2O3或复合氧化物MFe2O4(M为碱土金属或过渡金属)、Fe－Laponite、Co3O4/Al2O3的催化剂，在O3含量3～30000ppm，气体体积空速为1000～20000h－1时，常压下，反应温度为10～50℃，可通过催化分解O3生成氧气的反应消除O3，使反应尾气中O3的残余量小于0.5ppm，且具有良好的抗潮湿和抗O3腐蚀的性能。另外，对于气体中同时含有50～10000ppm的CO，1～15000ppm的O3，气体体积空速为1000～20000h－1时，常压下，反应温度为10～50℃，可同时催化分解O3和CO，使反应尾气中O3的残余量小于0.5ppm，CO的残余量小于20ppm。

Description

一种消除O3以及同时消除O3和CO的催化方法
本发明系催化分解消除O3和同时催化消除O3和CO的方法，属于新型催化剂。该催化剂能够催化分解O3生成O2，催化氧化CO生成CO2。
由于能够吸收外来的紫外线，臭氧层对我们人类是有益的。但地面环境中存在的O3却是有害的，它能够引发呼吸道疾病，增加光化学烟雾。O3对人体健康有较大的影响，长期与O3接触，会出现口腔咽喉干燥、胸闷、咳嗽，引发支气管炎，还会出现头痛、头昏、视力减退等现象。长时间接触高于10mg/m3浓度的O3会引起中毒性肺水肿。我国公布的大气环境质量一级标准允许的O3浓度为0.12mg/m3。日本的环境允许浓度为0.11ppm。
CO是许多工业环境和室内空气中的首要污染物，特别是火灾现场、矿井坑道以及通风不良的密闭环境。空气中含有10ppm的CO对人体就有毒害作用，人体的短期耐受能力为300ppm。因此环境中的低浓度的CO对人体是十分有害的。
从技术应用的角度来讲，O3的分解相当重要。飞机机舱中由外部来的空气必须经过净化O3后才能循环使用。办公环境中，从静电复印机和激光打印机中出来的冷空气中含有大量由电晕放电而产生的O3，必须经过处理才能排放。同样，用于消毒、除臭、水处理方面的电晕放电也能产生一定量的O3。过去经常使用的活性炭和分子筛，由于仅仅依靠吸附作用实现O3的消除，因而并非真正意义上的催化材料。
中国专利87205109叙述了一种复印机O3净化器，由集风罩、接管、抽风机和净化箱组成，净化箱内装有能在常温下使O3分解的催化剂，是由煤质活性炭或果壳活性炭与活性组分MnO2和CuO组成。此实用新型是一种有效的消除复印机工作场所O3的装置。
中国专利932474748(公开号CN2182955)公开了一种复印机O3净化器，由吸风罩、波纹管、低噪音抽风机、漏斗式催化箱和联动控制装置组成，催化箱内装有Ni、Cr、Ag金属氧化物三元催化剂，能有效地消除复印机工作场所的O3污染。
以上列举的两种催化剂，都能够满足复印机消除O3的要求，能适用于O3浓度较低的情形。但是有的实用专利催化剂存在O3腐蚀催化剂的现象，催化剂寿命较短；有的则不是严格意义上的催化剂，仅仅是O3的消耗品。
本发明的目的在于提供一种催化消除O3的方法，所用的催化剂具有良好的催化活性，可在室温下催化O3的分解反应，且适用的O3浓度范围宽广，具有良好的抗潮湿和抗O3腐蚀性能。在环境中含有CO的情况下，还能够同时消除O3和CO，而不受O3和CO相对浓度的限制。
本发明的催化剂所使用的活性组分为金，载体为氧化物Co3O4，NiO，Fe2O3或复合氧化物MFe2O4(M为碱土金属或过渡金属)，Fe-Laponite，Co3O4/Al2O3。对O3浓度为3～30000ppm，常压下气体体积空速为1×103～2×104h-1时，反应温度10～50℃的条件下，进行O3分解生成O2的反应。同时该催化剂还可以在O3浓度为1～15000ppm，CO浓度为50ppm～10000ppm的情况下，同样空速和反应温度下，催化O3和CO的同时消除反应。
本发明的催化剂载体Co3O4、NiO、Fe2O3、MgFe2O4、CuFe2O4、NiFe2O4、MnFe2O4、Fe-Laponite，Co3O4/Al2O3可来自钴盐液、镍盐液、铁盐液、镁盐液、铜盐液、锰盐液、铝盐液以及粉末或成型的氧化钴、氧化铁、氧化镍、氧化镁、氧化铜、氧化锰、氧化铝以及Laponite粘土材料。金可以来自盐类或金属，如HAuCl4、AuCl3和Au等。
本发明所用的催化剂载体为Co3O4、NiO、Fe2O3以及Fe-Laponite、Co3O4/Al2O3时，Au与Co或Ni、Fe原子比为：1.0∶1×103～1.0∶10。
本发明所用的催化剂载体为复合氧化物MgFe2O4(M＝Mg、Cu、Ni、Mn)时，Au与M的原子比可以是1.0∶1.0×103～1.0∶10。
本发明所用的催化剂的制备方法可以是共沉淀法，沉淀沉积法，离子交换法。
催化剂共沉淀法制备过程：将适量的金盐溶液和载体金属的盐溶液滴加到碳酸钠的溶液中，经静置、分离、洗涤、焙烧、处理即可得到所需的催化剂。
催化剂沉积沉淀法制备过程：将粉末或成型的氧化物或复合载体氧化物置于活性组分前体溶液中，在强烈的搅拌下，滴加入碱溶液(如Na2CO3、K2CO3、NaOH、尿素、氨水等)。控制溶液的PH值为5～10，直至沉淀完全，经沉降、过滤、洗涤、干燥、焙烧或活化处理即可得到所需的催化剂。
催化剂离子交换法制备过程：将金盐和铁盐的混合溶液加入到具有阳离子交换功能的Laponite溶液中，充分搅拌，然后将固体沉淀物过滤、洗涤、干燥、焙烧或活化处理即可得到所需的催化剂。
用本发明所述的催化剂，当混合气组成为O2：96.9～97.1％，O3：0.29～0.31％(或含有3000ppmO3的空气)，在常压固定床反应器上，可使反应尾气中残余O3量小于0.5ppm，其O3分解转化率大于99.9％。
用本发明所述的催化剂，当混合气体组成为CO：0.5％，O2：60.34～60.36％，O3：0.14～0.16％(体积百分比)，N2为平衡气时。在常压固定床反应器上，可使反应尾气中残余O3量小于0.5ppm，其O3分解转化率大于99.9％，而CO可以达到100％的转化。
与已有技术相比，本发明具有的实质性特点是：(1)具有良好的室温催化活性和稳定性；(2)可适用于较高的O3浓度；(3)能够同时消除O3和CO；(4)O3和CO的同时催化消除，不受二者相对浓度的限制；(5)具有很好的抗潮湿和抗O3腐蚀的能力。
本发明实现方式和最佳实施实例：
例1.采用共沉淀法制备Au/Ni的原子比为1.0∶33的Au/NiFe2O4催化剂，其成品为均匀红(棕)黑色。
在混合气组成为O2：96.9～97.1％，O3：0.29～0.31％(体积百分比)，气体体积空速为10000h-1，反应温度为20℃的情况下，反应时间在3小时以内，能使尾气中的残余O3量小于0.5ppm。
例2.采用共沉淀法制备Au/Mg的原子比为1.0∶33的Au/MgFe2O4催化剂，其成品为均匀黑色。
于相同的操作条件下，处理例1所述的混合气，尾气中O3含量小于0.5ppm。
例3.采用共沉淀法制备Au/Co的原子比为1.0∶99的Au/Co3O4催化剂，其成品为均匀黑色。
于相同的操作条件下，处理例1所述的混合气，反应时间在8小时以内，能使尾气中O3的含量小于0.5ppm。
例4.采用共沉淀法制备Au/Fe的原子比为1.0∶99的Au/Fe2O3催化剂，其成品为均匀黑棕色。
于相同的操作条件下，处理例1所述的混合气，反应时间在8小时以内，能使尾气中O3的含量小于0.5ppm。
例5.采用例4所述的催化剂，在O3浓度为3000～3100ppm，气体体积空速为10000h-1，反应温度为10℃的情况下，用此催化剂净化混合气后，尾气中O3含量小于0.5ppm。
例6.采用沉淀-沉积法制备Au/Co3O4/Al2O3催化剂，其成品为颗粒状，颜色为均匀黑色。
于相同的操作条件下，处理例1所述的混合气，尾气中O3的含量小于0.5ppm。
例7.采用例1所述混合气经水蒸气饱和后，对例4所述催化剂进行抗潮湿性能实验，在20℃下，连续进行5小时的O3分解反应，催化剂的反应活性无降低迹象，尾气中残余O3量一直小于0.5ppm。
例8.采用共沉淀法制备Au/Ni的原子比为1.0∶99的Au/NiO催化剂，其成品为均匀黑色。
于相同的操作条件下，处理例1所述的混合气，尾气中O3含量小于0.5ppm。
例9.采用例2所述方法制备Au/CuFe2O4、Au/MnFe2O4催化剂，其成品为均匀黑色。
于相同的操作条件下，处理例1所述的混合气，尾气中O3含量小于0.5ppm。
例10.采用离子交换的方法制备Au/Fe-Laponit催化剂，其成品为为均匀灰色。
于相同的操作条件下，处理例1所述的混合气，尾气中O3含量小于0.5ppm。
例11.采用例3制备的催化剂，在混合气组成为CO：0.5％，O2：60.34～60.36％，O3：0.14～0.16％(体积百分比)，N2为平衡气。气体体积空速为10000h-1，反应温度为20℃的情况下，反应时间在3小时以内，能使尾气中的残余O3量小于0.5ppm，而CO达到100％的转化。
例11.采用例6制备的催化剂，在混合气组成为CO：0.5％，O2：60.34～60.36％，O3：0.14～0.16％(体积百分比)，N2为平衡气。气体体积空速为10000h-1，反应温度为20℃的情况下，反应时间在3小时以内，能使尾气中的残余O3量小于0.5ppm，而CO达到100％的转化。
例13.采用例10制备的催化剂，在混合气组成为CO：0.5％，O2：60.34～60.36％，O3：0.14～0.16％(体积百分比)，N2为平衡气，气体体积空速为10000h-1，反应温度为20℃的情况下，反应时间在3小时以内，能使尾气中的残余O3量小于0.5ppm，而CO达到100％的转化。

Claims (7)

1.一种催化分解消除O3以及同时消除O3和CO的催化方法。其特征在于活性组分为金，载体为氧化物Co3O4、NiO、Fe2O3或复合氧化物MFe2O4(M为碱土金属或过渡金属)、Fe-Laponite、Co3O4/Al2O3的催化剂，在反应温度为10～50℃，气体体积空速为1000～20000h-1条件下催化O3完全分解。在同样的操作条件下，也能够同时消除O3和CO。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于使用的O3浓度范围3～30000ppm。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于使用的O3浓度范围1～15000ppm，CO浓度范围为50～10000ppm。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于使用的载体为Co3O4、NiO、Fe2O3时，Au与Co或Ni、Fe原子比为：1.0∶1×103～1.0∶10。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于催化剂载体为复合氧化物MFe2O4时，Au与M的原子比为：1.0∶1×103～1.0∶10，M为Mg、Cu、Ni、Mn。
6.按权利要求1所述的方法，其特征在于催化剂载体为Fe-Laponite时，Au与Fe的原子比为：1.0∶1×103～1.0∶10。
7.按权利要求1所述的方法，其特征在于催化剂载体为复合氧化物Co3O4/Al2O3时，Au与Co的原子比为：1.0∶1×103～1.0∶10。
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