CN1990102B - 光催化消除臭氧的Au/TiO2催化剂 - Google Patents
光催化消除臭氧的Au/TiO2催化剂 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种消除臭氧的催化剂,尤其是光催化消除臭氧的催化剂。催化剂活性组分是Au,活性载体是TiO2,金、二氧化钛的质量比为1∶100-1∶200,活性载体TiO2为粉末,平均粒径为5-50nm,载体TiO2的晶型是锐钛矿、金红石、板钛矿或混合晶型。该催化剂催化性能好,用于光催化消除臭氧,所需的担体简单,催化剂的用量较少,尤其适合于室内空气净化装置中臭氧的消除,并且制备工艺简单,成本也大大降低,适合于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种消除臭氧的催化剂,尤其是光催化消除臭氧的催化剂。
技术背景
臭氧在大气顶层是有益的物质,但是在近地面,强氧化性的臭氧却对人类及其生存产生了很大危害。臭氧在现代工业及日常生活中有着广泛的应用,这使得大量的臭氧废气排放到空气当中,我国室内环境质量标准规定:室内允许的臭氧最大浓度应低于0.16mg/m3。因此,将废气中的臭氧进行分解处理,使其分解为无害的物质是非常重要的。
目前常用的臭氧分解方法主要是热催化法,如中国专利CN1259398A申请公开一种是以MnO2为主、以镍或铜或钴的氧化物为助剂的锰催化剂,以活性炭为载体,该催化剂存在使用寿命不够稳定的缺陷。另外中国专利CN1316300A,CN 1375348A申请公开了一种催化剂,该催化剂是将硝酸锰、硝酸铁、硝酸镍、硝酸银、硝酸钯等混合的硝酸盐溶液为前躯体来制备得到的,上述三个专利的制备较复杂,都用于臭氧的热催化分解,热催化分解一般在固定反应床上进行,装置较复杂。而且在室内臭氧浓度较低,空气净化装置中空气的流速较大,以上催化剂净化效果不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种催化活性高、制备简单的光催化消除臭氧的Au/TiO2催化剂的制备方法。
为了实现以上目的,本发明采用以下技术方案:
光催化消除臭氧的Au/TiO2催化剂,催化剂活性组分是Au,活性载体是TiO2,金、二氧化钛的质量比为1∶100-1∶200
活性载体TiO2为粉末,平均粒径为5-50nm。
载体TiO2的晶型是锐钛矿、金红石、板钛矿或混合晶型。
Au/TiO2催化剂的制备方法为:
(1)在400-500℃下对TiO2焙烧预处理;
(2)TiO2分散于水中,调节pH值至7-8;
(3)将HAuCl4溶液滴加至上述悬浮液中,调整其pH值至7-8;
(4)将(3)所得悬浮液加热至40-50℃反应2-3小时,过滤、洗涤、干燥、热处理即得目标产物。
采用Au为活性组分,TiO2为载体,用沉积-沉淀法制备了纳米Au/TiO2催化剂中金分散度高,金在载体上的分散度对其催化活性有非常大的影响,分散度越大,活性组分在载体上不容易聚集,粒径变小,比表面积增大,催化活性提高,相应地也增加了催化剂的寿命,同时TiO2载体为粉末状,粒径在5-50nm,在这个范围催化剂分散度大,比表面积大,催化性能好,TiO2超出50nm后,催化剂的催化性能逐步降低,粒径越大催化剂的催化性能降低得越多;该催化剂是用于光催化消除臭氧,所需的担体简单,可以使用纤维、无纺布或粗化后的毛玻璃等,催化剂的用量较少,尤其适合于室内空气净化装置中臭氧的消除,并且制备工艺简单,成本也大大降低,适合于工业化生产。
本发明较为适合室内利用空气净化装置对氧的消除,将金∶二氧化钛质量比为1∶100的成品催化剂涂覆在无纺布上,放进一空气净化器中,置于黑光灯(峰值λ=365nm,hυ=3.40eV)的周围,并将其放置在于一密封的约60m3的房间内,室内本底臭氧含量为0.04mg/m3。三支杀菌灯(峰值λ=253.7nm,hυ=4.89eV)用于产生臭氧,6个小时后房间内臭氧的浓度约为0.25mg/m3,并且有一股强烈的刺激性气味。打开净化器中的黑光灯,光照1小时后,室内臭氧的含量降为0.08mg/m3,刺激性气味基本消除。
具体实施方式
以下是本发明的实施例,但并非局限于下述各实施例。
实施例1,称量TiO2,1.000g,空气中400℃焙烧4h,加入10ml H2O,分散均匀。用1M NaOH溶液调节pH=7,逐滴加入1.6ml,6.26mg/ml(Au含量)的HAuCl4溶液。用1M NaOH溶液调节pH=7,适当搅拌,40℃下反应2h。过滤,洗涤至无可检出Cl-1,真空干燥15h。最后在空气中200℃下焙烧4h,即得成品催化剂。得率97.8%。
取25mg该催化剂,配成一定浓度的悬浮水溶液,将表面粗化的1.0×11cm2薄玻璃片浸入到悬浮水溶液中,多次浸涂,干燥即得担载了催化剂的玻璃样片。用扁平式石英管做反应器,放入担载催化剂的薄玻璃片,两个4w的黑光灯(峰值λ=365nm,hυ=3.40eV)分别放置在反应器的两侧。用靛蓝二磺酸钠分光光度法(GB/T15437-1995)测定臭氧的浓度。
在臭氧浓度为60mg/m3,气体体积空速为6.0×105h-1的情况下,O3可完全分解,在400小时内连续反应后,臭氧的光催化消除率为99.3%。
实施例2,称量TiO2,1.000g,空气中470℃焙烧4.5h,加入10ml H2O,分散均匀。用1M NaOH溶液调节pH=7.6,逐滴加入;将0.1g的Au溶解在100ml王水中,取23ml稀释到100ml,得到4.35mg/ml(Au含量)的HAuCl4溶液,取该溶液2.30ml,滴加到TiO2悬浮液中,用1M NaOH溶液调节pH=7.5,适当搅拌,46℃下反应2h。过滤,洗涤至无可检出Cl-1,真空干燥20h。最后在空气中220℃下焙烧4 h,即得成品催化剂。得率97.8%。
在实施例1中消除臭氧的测试条件下,臭氧的光催化消除率为99.1%。
实施例3,称量TiO2,1.000g,空气中500℃焙烧5h,加入10ml H2O,分散均匀。用1M NaOH溶液调节pH=8,逐滴加入1.2ml,4.28mg/ml(Au含量)的AuCl3溶液。用1M NaOH溶液调节pH=8,适当搅拌,50℃下反应3h。过滤,洗涤至无可检出Cl-1,真空干燥24h。最后在空气中250℃下焙烧4h,即得成品催化剂。得率97.7%。
在实施例1中消除臭氧的测试条件下,臭氧的光催化消除率为87%。
实施例4,称量TiO2,20.000g,空气中500℃焙烧5h,加入10ml H2O,分散均匀。用1M NaOH溶液调节pH=7,逐滴加入1.2ml,4.28mg/ml(Au含量)的HAuCl4溶液。用1M NaOH溶液调节pH=7,适当搅拌,50℃下反应2h。过滤,洗涤至无可检出Cl-1,真空干燥20h。最后在空气中200℃下焙烧4h,即得成品催化剂。得率97.1%。
在实施例1中消除臭氧的测试条件下,臭氧的光催化消除率为98.9%。
Claims (1)
1.一种光催化消除臭氧的Au/TiO2催化剂的制备方法,其特征为,包括以下步骤:
(1)在400-500℃下对TiO2焙烧预处理;
(2)TiO2分散于水中,调节pH值至7-8;
(3)将HAuCl4溶液滴加至步骤(2)所得的悬浮液中,调整其pH值至7-8;
(4)将步骤(3)所得悬浮液加热至40-50℃反应2-3小时,过滤、洗涤、干燥、热处理即得目标产物;
其中,催化剂的活性组分是Au,活性载体为TiO2,金、二氧化钛的质量比为1∶100-1∶200。
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