一种常温快速分解臭氧的催化剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种常温快速分解臭氧的催化剂及其制备方法，属于大气污染治理技术领域。该方法主要采用Cu/Fe/Mg/Ca/Rh/Pd/Co/Ni/Mn/Ce的氧化物中一种或两种以上作为活性组分，以蜂窝陶瓷、ZSM?5、SBA?15、海绵网状或纤维状滤网作为载体，制得臭氧催化剂，所得催化剂性能佳，可在常温实现对臭氧高达99％的去除效率；可广泛应用于各类高臭氧污染源，如臭氧氧化、紫外光解等末端臭氧分解，空气净化器、杀菌消毒柜、静电复印机等采用高压放电的电气设备。
【专利说明】
一种常温快速分解臭氧的催化剂及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种常温快速分解臭氧的催化剂及其制备方法，属于大气污染治理技术领域。
【背景技术】
[0002]常温下，臭氧为一种有特殊臭味的淡蓝色气体。因其具有极强的氧化性能，故广泛应用于消毒杀菌、三废治理、空气净化等方面。然而，过高浓度的臭氧对人体健康极具危害，因此解决控制其排放一直是科研工作者们关注的热点。
[0003]目前常采用的臭氧分解方法主要有吸附法、洗涤法、热分解法和催化分解法。其中吸附法和洗涤法是采用外物捕集作用，利用臭氧不稳性自行分解;热分解法是采用270 °C左右高温使臭氧快速分解;催化分解法是采用催化剂降低反应活化能使其快速分解。前三种方法均存在效率低、反应慢或高耗能等问题，而催化分解法能够在常温下快速分解臭氧，不产生二次污染物，故其成为当前臭氧分解的最佳选择。
[0004]尽管催化分解法相对其它方法表现出一些明显的优势，但是现有臭氧催化剂仍然存在不足。贵金属类现有臭氧催化剂由于其昂贵的造价阻碍了广泛应用，而非贵金属类臭氧催化剂大多存在活性组分易流失、使用寿命短等缺陷。
【发明内容】
[0005]针对现有臭氧催化剂存在的不足，本发明提供一种活性组分粘着性好且分布均匀、催化效率高、使用寿命长的常温下能够快速分解臭氧的催化剂及其制备方法，制备方法包括浸渍法、混合法、离子交换法和固相研磨法等。
[0006]本发明的技术方案为:
[0007]—种常温快速分解臭氧的催化剂，以蜂窝陶瓷、ZSM-5或SBA-15作为第一载体，在其孔道内表面涂覆一层丫-厶1203涂层作为第二载体，并以(:11』6、1%、0&、1^、？(1、(:0、祖、111、〇6的氧化物中的一种或两种以上作为活性组分;第二载体占第一载体质量的15-35%;活性组分含量占第一载体质量的4.5-9%。
[0008]进一步地，所述的Y-Al2O3涂层由Y-Al2O3型活性氧化铝配制成铝溶胶后在第一载体上涂覆而成。
[0009]进一步地，活性组分的总负载量为32_45g/L。
[0010]上述的常温快速分解臭氧的催化剂的制备方法，包括如下步骤:
[0011 ] (I)第一载体预处理;将蜂窝陶瓷、ZSM-5或SBA-15浸渍于硝酸或蒸馏水中10-150分钟，电动搅拌10-150分钟;然后80-200°(:干燥1-8小时；
[0012](2) γ -Al2O3溶胶配制；将γ -Al2O3型活性氧化铝与蒸馏水混合搅拌至完全分散，电动搅拌10-150分钟；γ-Α1203型活性氧化铝占分散液质量的1.5-20% ;
[0013](3)浸渍液配制;将(:11』6、1%工&、诎、？(1、(:0、祖、111、06—种或两种以上的硝酸盐配制成溶液；
[0014](4) γ-Α1203涂覆;将步骤(I)所得第一载体浸渍在步骤(2)所得γ-Α1203溶胶中
0.5-6小时后取出，γ -Al2O3溶胶与第一载体的体积比为0.08?0.5，200-700°C焙烧5-15小时，得到涂覆γ -Al2O3的第一载体；
[0015](5)活性氧化物负载;将步骤(4)所得涂覆Y-Al2O3的第一载体浸渍在步骤(3)所得浸渍液中10-180分钟后取出，100-700°C焙烧1-15小时，得到最终产品，即常温快速分解臭氧的催化剂。
[0016]进一步地，电动搅拌的转速为10-200转/分钟。
[0017]在研究和探索过程中，发明人惊喜地发现，由于γ-Al2O3涂层和活性金属的不同配比，所得的催化剂在最终的性能上产生显著的差异，同时也产生了不同的适应性，即合适的配比才能有效地分解臭氧。
[0018]本发明的有益效果在于:
[0019](I)本发明所得分解臭氧的催化剂性能优良，可在常温下实现对臭氧99%的去除效率；
[0020](2)本发明的生产过程工艺简单，方便工业化生产；
[0021](3)本发明的原材料来源广，价格低，极大地降低了催化剂的生产成本。
【附图说明】
[0022]图1为涂覆γ-Α1203蜂窝陶瓷孔径分布图。
[0023]图2为不同实施例的测试结果图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于此。
[0025]实施例1
[0026](I)蜂窝陶瓷预处理:将蜂窝陶瓷浸渍在蒸馏水中I小时，电动搅拌30分钟，转速为30转/分钟;之后置于温度为150°C的烘箱干燥2小时；
[0027](2) γ -Al2O3溶胶配制:将市售的20g γ -Al2O3型活性氧化铝加入150ml蒸馏水中，恒温60°C搅拌至完全分散，电动搅拌30分钟，转速为60转/分钟；
[0028](3)浸渍液配制:硝酸锰、硝酸铈和蒸馏水按质量比3:7:10混合搅拌至完全溶解；
[0029](4) γ-Α1203涂覆;将步骤(I)中的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(2)中的Y-Al2O3溶胶中I小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C ；
[0030](5)活性组分负载:将步骤(4)的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(3)的浸渍液中2小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0031]臭氧催化剂性能说明:将上述臭氧催化剂置于反应器中，常温下通入50ppm臭氧时，去除效果为76%，空速为20000hr一1。
[0032]实施例2
[0033](I)蜂窝陶瓷预处理:将蜂窝陶瓷浸渍在蒸馏水中I小时，电动搅拌30分钟，转速为30转/分钟;之后置于温度为150°C的烘箱干燥2小时。
[0034](2) γ -Al2O3溶胶配制:将市售的20g γ -Al2O3型活性氧化铝加入150ml蒸馏水中，恒温60°C搅拌至完全分散，电动搅拌30分钟，转速为60转/分钟。
[0035](3)浸渍液配制:将硝酸铜、硝酸锰、硝酸铈和蒸馏水按质量比2: 3: 7:10混合搅拌至完全溶解。
[0036](4) γ-Α1203涂覆;将步骤(I)中的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(2)中的Y-Al2O3溶胶中I小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0037](5)活性组分负载:将步骤(4)的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(3)的浸渍液中2小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0038]臭氧催化剂性能说明:将上述臭氧催化剂置于反应器中，常温下通入50ppm臭氧时，去除效果达82%，空速为20000hr一1。
[0039]实施例3
[0040](I)蜂窝陶瓷预处理:将蜂窝陶瓷浸渍在蒸馏水中I小时，电动搅拌30分钟，转速为30转/分钟;之后置于温度为150°C的烘箱干燥2小时。
[0041 ] (2) γ -Al2O3溶胶配制:将市售的20g γ -Al2O3型活性氧化铝加入150ml蒸馏水中，恒温60°C搅拌至完全溶解，电动搅拌30分钟，转速为60转/分钟。
[0042](3)浸渍液配制:将硝酸铜、硝酸钴、硝酸锰、硝酸铈和蒸馏水按质量比2:2:3:7:10混合搅拌至完全溶解。
[0043](4) γ-Α1203涂覆;将步骤(I)中的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(2)中的Y-Al2O3溶胶中I小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0044](5)活性组分负载:将步骤(4)的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(3)的浸渍液中2小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0045]臭氧催化剂性能说明:将上述臭氧催化剂置于反应器中，常温下通入50ppm臭氧时，去除效果达88%，空速为20000hr一1。
[0046]实施例4
[0047](I)蜂窝陶瓷预处理:将蜂窝陶瓷浸渍在蒸馏水中I小时，电动搅拌30分钟，转速为30转/分钟;之后置于温度为150°C的烘箱干燥2小时。
[0048](2) γ -Al2O3溶胶配制:将市售的20g γ -Al2O3型活性氧化铝加入150ml蒸馏水中，恒温60°C搅拌至完全分散，电动搅拌30分钟，转速为60转/分钟。
[0049](3)浸渍液配制:将硝酸铜、硝酸镍、硝酸锰、硝酸铈和蒸馏水按质量比2:4:3:7:10混合搅拌至完全溶解。
[0050](4) γ-Α1203涂覆;将步骤(I)中的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(2)中的Y-Al2O3溶胶中I小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0051](5)活性组分负载:将步骤(4)的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(3)的浸渍液中2小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0052]臭氧催化剂性能说明:将上述臭氧催化剂置于反应器中，常温下通入50ppm臭氧时，去除效果达95%，空速为20000hr一1。
[0053]实施例5:
[0054](I)蜂窝陶瓷预处理:将蜂窝陶瓷浸渍在蒸馏水中I小时，电动搅拌30分钟，转速为30转/分钟;之后置于温度为150°C的烘箱干燥2小时。
[0055](2) γ -Al2O3溶胶配制:将市售的20g γ -Al2O3型活性氧化铝加入150ml蒸馏水中，恒温60°C搅拌至完全分散，电动搅拌30分钟，转速为60转/分钟。
[0056](3)浸渍液配制:将硝酸铜、硝酸钴、硝酸镍、硝酸锰、硝酸铈和蒸馏水按质量比2:4:2:3:7: 10混合搅拌至完全溶解。
[0057](4) γ-Α1203涂覆;将步骤(I)中的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(2)中的Y-Al2O3溶胶中I小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0058](5)活性组分负载:将步骤(4)的蜂窝陶瓷浸渍在步骤(3)的浸渍液中2小时后取出，焙烧6小时，温度为450°C。
[0059]臭氧催化剂性能说明:将上述臭氧催化剂置于反应器中，常温下通入50ppm臭氧时，去除效果达99%，空速为20000hr一1。
【主权项】
1.一种常温快速分解臭氧的催化剂，其特征在于，以蜂窝陶瓷、ZSM-5或SBA-15作为第一载体，在其孔道内表面涂覆一层γ-Al2O3涂层作为第二载体，并以Cu、Fe、Mg、Ca、Rh、Pd、Co、N1、Mn、Ce的氧化物中的一种或两种以上作为活性组分;第二载体占第一载体质量的15-35%;活性组分含量占第一载体质量的4.5-9 %。2.根据权利要求1所述的常温快速分解臭氧的催化剂，其特征在于，所述的Y-Al2O3涂层由γ -Al2O3型活性氧化铝配制成铝溶胶后在第一载体上涂覆而成。3.根据权利要求1所述的常温快速分解臭氧的催化剂，其特征在于，所述的活性组分的总负载量为32-45g/L。4.权利要求1至3任一项所述的常温快速分解臭氧的催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)第一载体预处理;将蜂窝陶瓷、ZSM-5或SBA-15浸渍于硝酸或蒸馏水中10-150分钟，电动搅拌10-150分钟;然后80-200°C干燥1-8小时； (2)γ -Al2O3溶胶配制;将γ -Al2O3型活性氧化铝与蒸馏水混合搅拌至完全分散，电动搅拌10-150分钟；γ-Α1203型活性氧化铝占分散液质量的1.5-20% ; (3)浸渍液配制；将01小6、1%丄&、1^、？(1、(:0、祖、111、06—种或两种以上的硝酸盐配制成溶液； (4)γ -Al2O3涂覆;将步骤(I)所得第一载体浸渍在步骤(2)所得γ -Al2O3溶胶中0.5-6小时后取出，T-Al2O3溶胶与第一载体的体积比为0.08?0.5，200-700°C焙烧5-15小时，得到涂覆Y-Al2O3的第一载体； (5)活性氧化物负载;将步骤(4)所得涂覆Y-Al2O3的第一载体浸渍在步骤(3)所得浸渍液中10-180分钟后取出，100-700 °C焙烧1-15小时，得到最终产品，即常温快速分解臭氧的催化剂。5.根据权利要求4所述的常温快速分解臭氧的催化剂的制备方法，其特征在于，电动搅拌的转速为10-200转/分钟。
【文档编号】B01D53/66GK106076322SQ201610420650
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月13日 公开号201610420650.0, CN 106076322 A, CN 106076322A, CN 201610420650, CN-A-106076322, CN106076322 A, CN106076322A, CN201610420650, CN201610420650.0
【发明人】刘磊, 张俊丰, 王靖, 李小芝, 蔡英
【申请人】湘潭大学