一种活性炭基纳米TiO2复合MnO2催化材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种活性炭基空气催化净化材料技术设备领域，特别涉及一种活性炭基纳米Ti02复合MnO 2催化材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]本发明涉及一种以纳米二氧化钛为基础催化材料，二氧化锰以化学沉积的方法附着在纳米1102颗粒表面组成的复合催化材料及其制备方法，特别适用于室内及工业废气治理的催化材料制备。
[0003]研究表明，室内环境中大部分有机污染物的污染水平是室外的数倍，有时甚至高达百倍数量级；而现代人通常平均在室内度过的时间占到80% — 90%，也正由于人类在室内较高的污染浓度暴露水平，所以室内空气质量与人体更为密切相关，也更为空气净化企业所关注；作为空气污染物大多数均具有化学毒性，对人体健康构成潜在的危害，因此研发高效、长效的空气净化材料，去除空气中挥发性有机物是非常重要的课题。
[0004]现有技术中，对空气中污染物的净化技术主要有换气法、过滤法、吸附法、光催化降解方法；前三种方法存在局期性，没有对有机污染物降解和脱毒功能，而光催化降解技术是利用Ti02的光催化特性，对空气中的有机污染物进行降解脱毒；由于纳米1102颗粒化学稳定性高、成本低，作为光催化材料，同时具有氧化性强、降解效率高、无毒且无二次污染等优点，在环境污染治理和新能源应用领域的前景非常广阔。然而，纳米Ti02光催化剂在反应过程中光子利用率低、电子空穴对易复合；纳米颗粒粒径小、易团聚；比表面积小，对污染物分子吸附性能差；在动态流体中难回收、易损失，造成粉尘污染等问题。
【发明内容】
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供了一种活性炭基纳米Ti02复合Μη02催化材料及其制备方法，针对现有技术中的不足，从废气治理的实际应用角度考虑，采用蜂窝活性炭块或者碳纤维网作为基材，将纳米Ti02颗粒与MnO 2进行负载制备出复合催化材料，提高其催化性能，与纯纳米Ti02颗粒相比，以超细二氧化钛为基础催化材料，二氧化锰以化学沉积的方法附着在纳米Ti02颗粒表面组成的复合催化材料催化活性高、制备工艺流程短、易于控制，复合催化材料具有氧化性强、降解效率高、无毒且无二次污染等优点，在环境污染治理和新能源应用领域前景广阔；解决了普通纳米Ti02光催化剂在反应过程中光子利用率低、电子空穴对易复合、纳米颗粒粒径小、易团聚、比表面积小的问题，对有机污染物分子吸附性能好。
[0006]为达到上述目的，本发明的技术方案如下:一种活性炭基纳米Ti02复合MnO 2催化材料，包括蜂窝矩形块、蜂窝圆形块、蜂窝六棱块、蜂窝孔、三角条纹、半圆条纹、Ti/Mn涂层、蜂窝纤维网，其特征在于:
[0007]所述蜂窝矩形块、蜂窝圆形块、蜂窝六棱块，由活性炭粉末经过压机，分别由矩形模具、圆形模具和六棱模具压制成型，所述蜂窝矩形块、蜂窝圆形块、蜂窝六棱块截面上满布设置有等距离方形的蜂窝孔，所述蜂窝孔沿所述蜂窝矩形块、蜂窝圆形块和蜂窝六棱块轴向通孔设置；所述蜂窝孔的内侧四壁上沿所述蜂窝矩形块、蜂窝圆形块和蜂窝六棱块轴向设置有三角条纹和半圆条纹，所述三角条纹和半圆条纹相互交错设置；所述蜂窝矩形块、蜂窝圆形块、蜂窝六棱块和蜂窝纤维网上的蜂窝孔内部涂敷有Ti/Mn涂层；所述Ti/Mn涂层覆着在所述三角条纹和半圆条纹表面。
[0008]所述蜂窝纤维网为单层或者多层复合网。
[0009]所述蜂窝矩形块边长、蜂窝圆形块直径、蜂窝六棱块直径的尺寸范围为30mm—1000mmo
[0010]所述蜂窝矩形块、蜂窝圆形块、蜂窝六棱块的长度范围为80mm — 1000mm。
[0011]所述蜂窝孔的尺寸范围为3mm—100mm。
[0012]所述三角条纹至少设置一条，所述半圆条纹至少设置一条。
[0013]—种活性炭基纳米Ti02复合MnO 2催化材料的制备方法，包括基材活化、纳米钛制备、钛涂敷、锰涂敷、化学沉积、后处理，其特征在于:
[0014]1、基材活化，所述基材是指蜂窝矩形块或者蜂窝圆形块或者蜂窝六棱块或者蜂窝纤维网中的任意一种；选取基材，将基材装填到容器内，所述容器内添加工业乙醇，使得工业乙醇完全浸泡所述基材；通过循环栗对容器内的乙醇进行强制循环，所述基材的蜂窝孔横向放置，流动浸泡时间为30分钟一 120分钟；基材的比表面积大于500m2/g ;
[0015]2、纳米钛制备，制备锐钛矿和金红石混合型纳米二氧化钛粉体；所述钛源选自四氯化钛、钛酸四丁酯和钛酸乙酯中的一种；所述酸为盐酸或硝酸中的一种或其混合物；盐酸的重量浓度为35% — 37% ;硝酸的重量浓度为60% — 65% ;所述溶液中，各组份的体积分数为:钛源1 % — 5%，无水乙醇5% — 45%，酸35% — 50%，余量为去离子水；
[0016]首先将钛源溶解在盐酸和无水乙醇混合溶剂中，然后加入硝酸，制成混合液，对混合液进行加热水解，热解温度为80—120度；静止或者搅拌加热时间为8小时一 16小时；其后通过去离子水洗至中性，再经过无水乙醇清洗，干燥，得到含有不同比例的锐钛矿和金红石矿纳米二氧化钛粉体，所述纳米二氧化钛的粒径< 100nm ;Ti02颗粒为锐钛矿和金红石混合晶型重量百分比为79:21，备用。
[0017]3、钛涂敷，选用步骤2中制备的纳米二氧化钛粉末，按20% (wt% )比例加入去离子水中搅拌形成悬浮液，形成均匀悬浮液；选用步骤1中经过工业乙醇处理过的蜂窝活性炭基材，其比表面积大于500m2/g，置于悬浮液中浸渍20分钟后取晾干，备用；
[0018]4、锰涂敷，按照钛源与高锰酸钾质量比为，钛源:高锰酸钾=(15-20): 1的比例，配制高锰酸钾溶液，将步骤3中制得的蜂窝活性炭基材，浸入高锰酸钾溶液中，浸泡时间为20分钟，取出后晾干，备用；
[0019]5、化学沉积，将步骤4中制得的基材装填到密封容器内，在450°C — 550°C温度下，通入氮气还原，对二氧化钛晶相比例进行调节控制，同时在蜂窝孔内涂敷生成二氧化锰；沉积时间为2小时；所述基材上沉积的1102质量比为85% — 95%，所述二氧化锰质量比为5%—15% ；
[0020]6、后处理，将步骤5中的基材冷却至室温，取出，加适量去离子水冲洗，以去除副产物锰酸钾，再次对基材进行干燥，即得到所需的活性炭基纳米Ti02复合MnO 2催化材料块体或者纤维网。
[0021]本发明的目的是提供一种以蜂窝活性炭为载体、将二氧化锰和纳米二氧化钛作为复合催化剂负载在蜂窝活性炭上制备催化块体或者纤维网用于空气净化治理；本发明制备工艺流程短，易于控制，所得复合催化材料具有催化活性高，在常温下可以处理低浓度室内空气中的挥发性有机污染物(TV0C)，在70?120°C温度范围内，可以用于高浓度工业有机废气的治理。
[0022]通过上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是:从废气治理的实际应用角度考虑，采用蜂窝活性炭块或者活性炭纤维网作为基材，发挥活性炭优质的吸附能力，活性炭具有高的比表面积，对低浓度以至痕量有机物污染物去除能力强；将纳米Ti02颗粒与Mn02进行负载制备出复合催化材料，提高其催化性能，与纯纳米Ti02颗粒相比，以超细二氧化钛为基础催化材料，二氧化锰以化学沉积的方法附着在纳米Ti02颗粒表面组成的复合催化材料催化活性高、制备工艺流程短、易于控制，复合催化材料具有氧化性强、降解效率高、无毒且无二次污染等优点，在环境污染治理和新能源应用领域前景广阔；解决了普通纳米Ti02光催化剂在反应过程中光子利用率低、电子空穴对易复合、纳米颗粒粒径小、易团聚、比表面积小的问题，对有机污染物分子吸附性能好。
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本发明实施例所公开的一种活性炭基纳米Ti02复合MnO2催化材料矩形块截面示意图；
[0025]图2为本发明实施例所公开的一种活性炭基纳米Ti02复合MnO2催化材料圆形块截面示意图；
[0026]图3为本发明实施例所公开的一种活性炭基纳米Ti02复合MnO2催化材料六棱块截面示意图；
[0027]图4为本发明实施例所公开的一种活性炭基纳米Ti02复合MnO2催化材料蜂窝孔截面示意图；
[0028]图5为本发明实施例所公开的一种活性炭基纳米Ti02复合MnO2催化材料蜂窝材料及其制备方法实施例1示意图；
[0029]图6为本发明实施例所公开的一种活性炭基纳米Ti02复合MnO2催化材料蜂窝材料及其制备方法实施例2示意图。
[0030]图中数字和字母所表示的相应部件名称:
[0031]1.蜂窝矩形块2.蜂窝圆形块3.蜂窝六棱块4.蜂窝孔
[0032]5.三角条纹 6.半圆条纹 7.Ti/Mn涂层
【具体实施方式】
[0033]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，