一種常溫快速分解臭氧的催化劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種常溫快速分解臭氧的催化劑及其制備方法，屬于大氣污染治理技術(shù)領(lǐng)域。該方法主要采用Cu/Fe/Mg/Ca/Rh/Pd/Co/Ni/Mn/Ce的氧化物中一種或兩種以上作為活性組分，以蜂窩陶瓷、ZSM?5、SBA?15、海綿網(wǎng)狀或纖維狀濾網(wǎng)作為載體，制得臭氧催化劑，所得催化劑性能佳，可在常溫實現(xiàn)對臭氧高達(dá)99％的去除效率；可廣泛應(yīng)用于各類高臭氧污染源，如臭氧氧化、紫外光解等末端臭氧分解，空氣凈化器、殺菌消毒柜、靜電復(fù)印機等采用高壓放電的電氣設(shè)備。
【專利說明】
一種常溫快速分解臭氧的催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種常溫快速分解臭氧的催化劑及其制備方法，屬于大氣污染治理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]常溫下，臭氧為一種有特殊臭味的淡藍(lán)色氣體。因其具有極強的氧化性能，故廣泛應(yīng)用于消毒殺菌、三廢治理、空氣凈化等方面。然而，過高濃度的臭氧對人體健康極具危害，因此解決控制其排放一直是科研工作者們關(guān)注的熱點。
[0003]目前常采用的臭氧分解方法主要有吸附法、洗滌法、熱分解法和催化分解法。其中吸附法和洗滌法是采用外物捕集作用，利用臭氧不穩(wěn)性自行分解;熱分解法是采用270 °C左右高溫使臭氧快速分解;催化分解法是采用催化劑降低反應(yīng)活化能使其快速分解。前三種方法均存在效率低、反應(yīng)慢或高耗能等問題，而催化分解法能夠在常溫下快速分解臭氧，不產(chǎn)生二次污染物，故其成為當(dāng)前臭氧分解的最佳選擇。
[0004]盡管催化分解法相對其它方法表現(xiàn)出一些明顯的優(yōu)勢，但是現(xiàn)有臭氧催化劑仍然存在不足。貴金屬類現(xiàn)有臭氧催化劑由于其昂貴的造價阻礙了廣泛應(yīng)用，而非貴金屬類臭氧催化劑大多存在活性組分易流失、使用壽命短等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有臭氧催化劑存在的不足，本發(fā)明提供一種活性組分粘著性好且分布均勻、催化效率高、使用壽命長的常溫下能夠快速分解臭氧的催化劑及其制備方法，制備方法包括浸漬法、混合法、離子交換法和固相研磨法等。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]—種常溫快速分解臭氧的催化劑，以蜂窩陶瓷、ZSM-5或SBA-15作為第一載體，在其孔道內(nèi)表面涂覆一層丫-厶1203涂層作為第二載體，并以(:11』6、1%、0&、1^、？(1、(:0、祖、111、〇6的氧化物中的一種或兩種以上作為活性組分;第二載體占第一載體質(zhì)量的15-35%;活性組分含量占第一載體質(zhì)量的4.5-9%。
[0008]進(jìn)一步地，所述的Y-Al2O3涂層由Y-Al2O3型活性氧化鋁配制成鋁溶膠后在第一載體上涂覆而成。
[0009]進(jìn)一步地，活性組分的總負(fù)載量為32_45g/L。
[0010]上述的常溫快速分解臭氧的催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0011 ] (I)第一載體預(yù)處理;將蜂窩陶瓷、ZSM-5或SBA-15浸漬于硝酸或蒸餾水中10-150分鐘，電動攪拌10-150分鐘;然后80-200°(:干燥1-8小時；
[0012](2) γ -Al2O3溶膠配制；將γ -Al2O3型活性氧化鋁與蒸餾水混合攪拌至完全分散，電動攪拌10-150分鐘；γ-Α1203型活性氧化鋁占分散液質(zhì)量的1.5-20% ;
[0013](3)浸漬液配制;將(:11』6、1%工&、詘、？(1、(:0、祖、111、06—種或兩種以上的硝酸鹽配制成溶液；
[0014](4) γ-Α1203涂覆;將步驟(I)所得第一載體浸漬在步驟(2)所得γ-Α1203溶膠中
0.5-6小時后取出，γ -Al2O3溶膠與第一載體的體積比為0.08?0.5，200-700°C焙燒5-15小時，得到涂覆γ -Al2O3的第一載體；
[0015](5)活性氧化物負(fù)載;將步驟(4)所得涂覆Y-Al2O3的第一載體浸漬在步驟(3)所得浸漬液中10-180分鐘后取出，100-700°C焙燒1-15小時，得到最終產(chǎn)品，即常溫快速分解臭氧的催化劑。
[0016]進(jìn)一步地，電動攪拌的轉(zhuǎn)速為10-200轉(zhuǎn)/分鐘。
[0017]在研究和探索過程中，發(fā)明人驚喜地發(fā)現(xiàn)，由于γ-Al2O3涂層和活性金屬的不同配比，所得的催化劑在最終的性能上產(chǎn)生顯著的差異，同時也產(chǎn)生了不同的適應(yīng)性，即合適的配比才能有效地分解臭氧。
[0018]本發(fā)明的有益效果在于:
[0019](I)本發(fā)明所得分解臭氧的催化劑性能優(yōu)良，可在常溫下實現(xiàn)對臭氧99%的去除效率；
[0020](2)本發(fā)明的生產(chǎn)過程工藝簡單，方便工業(yè)化生產(chǎn)；
[0021](3)本發(fā)明的原材料來源廣，價格低，極大地降低了催化劑的生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0022]圖1為涂覆γ-Α1203蜂窩陶瓷孔徑分布圖。
[0023]圖2為不同實施例的測試結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于此。
[0025]實施例1
[0026](I)蜂窩陶瓷預(yù)處理:將蜂窩陶瓷浸漬在蒸餾水中I小時，電動攪拌30分鐘，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分鐘;之后置于溫度為150°C的烘箱干燥2小時；
[0027](2) γ -Al2O3溶膠配制:將市售的20g γ -Al2O3型活性氧化鋁加入150ml蒸餾水中，恒溫60°C攪拌至完全分散，電動攪拌30分鐘，轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘；
[0028](3)浸漬液配制:硝酸錳、硝酸鈰和蒸餾水按質(zhì)量比3:7:10混合攪拌至完全溶解；
[0029](4) γ-Α1203涂覆;將步驟(I)中的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(2)中的Y-Al2O3溶膠中I小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C ；
[0030](5)活性組分負(fù)載:將步驟(4)的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(3)的浸漬液中2小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0031]臭氧催化劑性能說明:將上述臭氧催化劑置于反應(yīng)器中，常溫下通入50ppm臭氧時，去除效果為76%，空速為20000hr一1。
[0032]實施例2
[0033](I)蜂窩陶瓷預(yù)處理:將蜂窩陶瓷浸漬在蒸餾水中I小時，電動攪拌30分鐘，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分鐘;之后置于溫度為150°C的烘箱干燥2小時。
[0034](2) γ -Al2O3溶膠配制:將市售的20g γ -Al2O3型活性氧化鋁加入150ml蒸餾水中，恒溫60°C攪拌至完全分散，電動攪拌30分鐘，轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘。
[0035](3)浸漬液配制:將硝酸銅、硝酸錳、硝酸鈰和蒸餾水按質(zhì)量比2: 3: 7:10混合攪拌至完全溶解。
[0036](4) γ-Α1203涂覆;將步驟(I)中的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(2)中的Y-Al2O3溶膠中I小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0037](5)活性組分負(fù)載:將步驟(4)的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(3)的浸漬液中2小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0038]臭氧催化劑性能說明:將上述臭氧催化劑置于反應(yīng)器中，常溫下通入50ppm臭氧時，去除效果達(dá)82%，空速為20000hr一1。
[0039]實施例3
[0040](I)蜂窩陶瓷預(yù)處理:將蜂窩陶瓷浸漬在蒸餾水中I小時，電動攪拌30分鐘，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分鐘;之后置于溫度為150°C的烘箱干燥2小時。
[0041 ] (2) γ -Al2O3溶膠配制:將市售的20g γ -Al2O3型活性氧化鋁加入150ml蒸餾水中，恒溫60°C攪拌至完全溶解，電動攪拌30分鐘，轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘。
[0042](3)浸漬液配制:將硝酸銅、硝酸鈷、硝酸錳、硝酸鈰和蒸餾水按質(zhì)量比2:2:3:7:10混合攪拌至完全溶解。
[0043](4) γ-Α1203涂覆;將步驟(I)中的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(2)中的Y-Al2O3溶膠中I小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0044](5)活性組分負(fù)載:將步驟(4)的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(3)的浸漬液中2小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0045]臭氧催化劑性能說明:將上述臭氧催化劑置于反應(yīng)器中，常溫下通入50ppm臭氧時，去除效果達(dá)88%，空速為20000hr一1。
[0046]實施例4
[0047](I)蜂窩陶瓷預(yù)處理:將蜂窩陶瓷浸漬在蒸餾水中I小時，電動攪拌30分鐘，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分鐘;之后置于溫度為150°C的烘箱干燥2小時。
[0048](2) γ -Al2O3溶膠配制:將市售的20g γ -Al2O3型活性氧化鋁加入150ml蒸餾水中，恒溫60°C攪拌至完全分散，電動攪拌30分鐘，轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘。
[0049](3)浸漬液配制:將硝酸銅、硝酸鎳、硝酸錳、硝酸鈰和蒸餾水按質(zhì)量比2:4:3:7:10混合攪拌至完全溶解。
[0050](4) γ-Α1203涂覆;將步驟(I)中的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(2)中的Y-Al2O3溶膠中I小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0051](5)活性組分負(fù)載:將步驟(4)的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(3)的浸漬液中2小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0052]臭氧催化劑性能說明:將上述臭氧催化劑置于反應(yīng)器中，常溫下通入50ppm臭氧時，去除效果達(dá)95%，空速為20000hr一1。
[0053]實施例5:
[0054](I)蜂窩陶瓷預(yù)處理:將蜂窩陶瓷浸漬在蒸餾水中I小時，電動攪拌30分鐘，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分鐘;之后置于溫度為150°C的烘箱干燥2小時。
[0055](2) γ -Al2O3溶膠配制:將市售的20g γ -Al2O3型活性氧化鋁加入150ml蒸餾水中，恒溫60°C攪拌至完全分散，電動攪拌30分鐘，轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘。
[0056](3)浸漬液配制:將硝酸銅、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸錳、硝酸鈰和蒸餾水按質(zhì)量比2:4:2:3:7: 10混合攪拌至完全溶解。
[0057](4) γ-Α1203涂覆;將步驟(I)中的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(2)中的Y-Al2O3溶膠中I小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0058](5)活性組分負(fù)載:將步驟(4)的蜂窩陶瓷浸漬在步驟(3)的浸漬液中2小時后取出，焙燒6小時，溫度為450°C。
[0059]臭氧催化劑性能說明:將上述臭氧催化劑置于反應(yīng)器中，常溫下通入50ppm臭氧時，去除效果達(dá)99%，空速為20000hr一1。
【主權(quán)項】
1.一種常溫快速分解臭氧的催化劑，其特征在于，以蜂窩陶瓷、ZSM-5或SBA-15作為第一載體，在其孔道內(nèi)表面涂覆一層γ-Al2O3涂層作為第二載體，并以Cu、Fe、Mg、Ca、Rh、Pd、Co、N1、Mn、Ce的氧化物中的一種或兩種以上作為活性組分;第二載體占第一載體質(zhì)量的15-35%;活性組分含量占第一載體質(zhì)量的4.5-9 %。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的常溫快速分解臭氧的催化劑，其特征在于，所述的Y-Al2O3涂層由γ -Al2O3型活性氧化鋁配制成鋁溶膠后在第一載體上涂覆而成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的常溫快速分解臭氧的催化劑，其特征在于，所述的活性組分的總負(fù)載量為32-45g/L。4.權(quán)利要求1至3任一項所述的常溫快速分解臭氧的催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)第一載體預(yù)處理;將蜂窩陶瓷、ZSM-5或SBA-15浸漬于硝酸或蒸餾水中10-150分鐘，電動攪拌10-150分鐘;然后80-200°C干燥1-8小時； (2)γ -Al2O3溶膠配制;將γ -Al2O3型活性氧化鋁與蒸餾水混合攪拌至完全分散，電動攪拌10-150分鐘；γ-Α1203型活性氧化鋁占分散液質(zhì)量的1.5-20% ; (3)浸漬液配制；將01小6、1%丄&、1^、？(1、(:0、祖、111、06—種或兩種以上的硝酸鹽配制成溶液； (4)γ -Al2O3涂覆;將步驟(I)所得第一載體浸漬在步驟(2)所得γ -Al2O3溶膠中0.5-6小時后取出，T-Al2O3溶膠與第一載體的體積比為0.08?0.5，200-700°C焙燒5-15小時，得到涂覆Y-Al2O3的第一載體； (5)活性氧化物負(fù)載;將步驟(4)所得涂覆Y-Al2O3的第一載體浸漬在步驟(3)所得浸漬液中10-180分鐘后取出，100-700 °C焙燒1-15小時，得到最終產(chǎn)品，即常溫快速分解臭氧的催化劑。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的常溫快速分解臭氧的催化劑的制備方法，其特征在于，電動攪拌的轉(zhuǎn)速為10-200轉(zhuǎn)/分鐘。
【文檔編號】B01D53/66GK106076322SQ201610420650
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月13日 公開號201610420650.0, CN 106076322 A, CN 106076322A, CN 201610420650, CN-A-106076322, CN106076322 A, CN106076322A, CN201610420650, CN201610420650.0
【發(fā)明人】劉磊, 張俊豐, 王靖, 李小芝, 蔡英
【申請人】湘潭大學(xué)