一种蜂窝式活性炭负载催化剂板的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种蜂窝式活性炭负载催化剂的制备及应用。
【背景技术】
[0002]光催化技术源于1972年Fujishima和Honda在Nature上发表的论文，研宄结果表明T12单晶电极具有光分解水的的功能，此后半导体光催化反应得到了人们的广泛关注。
[0003]近几十年来，越来越多的研宄人员致力于T12光催化氧化去除废气中挥发性有机物VOCs等的研宄，并且已逐渐由实验室研宄转化为实际应用。光催化氧化的原理是催化剂在紫外光照射下，价带的电子获得光子的能量而跃迀至导带，形成光生电子(e_)，而价带中则形成光生空穴OO，有机物分子在电子与空穴的作用下被氧化、降解。光催化氧化法从原理上需解决的关键问题是抑制电子与空穴的复合，延长电子与空穴的寿命，保证高的催化氧化效率，而催化剂大规模应用需要解决的核心是研发光能利用率高、催化反应效率高的催化剂，需解决的主要技术问题是催化剂配方的确定以及催化剂的固定化。
[0004]针对上述问题，CN1929912A公开了一种形成于基片上的氧化物纳米材料，可有效增大催化材料的比表面积。CNlO 1081304A公开了一种以导电材料为载体的空气净化材料，该催化剂利用导电材料形成偏置电压，延长紫外光照射条件下产生的电子与空穴的寿命，主要应用于冰箱或空调内的空气净化。
[0005]实际工程中废气中污染物的成分复杂且浓度随工况、季节、气候等因素波动较大，使得光催化反应效率无法得到保障，目前尚未有明确报道可在大型废气治理工程中对多种有机污染物保持较高催化氧化效率的整体式催化剂。
[0006]基于上述原因，设计发明一种新型的可适合大规模工业应用的整体式催化剂就显得尤为必要。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新型的蜂窝式活性炭负载催化剂板。本催化剂可有效抑制光生电子与空穴复合，延长光生电子与空穴寿命，提高催化氧化效率，同时具有制造方法简单、比表面积大、催化剂分散性好、不易流失等优点。
[0008]本发明所采取的具体技术方案是:
[0009]一种蜂窝式活性炭负载催化剂板，选用铝蜂窝作为光催化剂支撑材料，铝蜂窝表面涂有2?5层活性炭作为光催化剂载体，在活性炭表面再喷涂光催化剂，且光催化剂负载量为活性炭质量的1%?40%。
[0010]制备蜂窝式活性炭负载催化剂板的方法，具体的制备方法如下:
[0011](I).活性炭铝蜂窝载体的制备
[0012]I)制备活性炭悬浮液:取pH为5?12的去离子水或乙醇，加入分散剂，搅拌溶解后加入活性炭粉末，搅拌、超声0.1?4小时，成为活性炭悬浮液，悬浮液浓度为0.01?lOOg/L ；
[0013]优选的活性炭悬浮液的质量浓度为10?30g/L ；
[0014]更优选的活性炭悬浮液的质量浓度为26g/L ;
[0015]所述的分散剂选自六偏磷酸钠、十二烧基磺酸钠、半胱氨酸中的一种，且分散剂与活性炭粉末的质量比为1:100?1:20 ;
[0016]2)以铝蜂窝作为支撑材料，采用浸渍、喷涂或刷涂的方法，将步骤I)配好的活性炭悬浮液涂覆在铝蜂窝表面，涂覆后于100?120°C空气气氛中烘干0.5?2h，如此重复涂覆-烘干-涂覆-烘干2?5次，成为活性炭铝蜂窝载体；
[0017](2).光催化剂的制备
[0018]I)光催化剂水溶液的制备
[0019]在pH为5?12的去离子水或乙醇中，加入分散剂，待分散剂完全溶解后，加入光催化剂粉末，搅拌、超声0.1?4小时，成为光催化剂溶液，且光催化剂溶液质量浓度为
0.01 ?100g/L ；
[0020]优选的光催化剂水溶液浓度为10?20g/L，控制在此浓度范围内能保证足够的催化剂负载量同时不致结块；
[0021]更优选的光催化剂水溶液浓度为16g/L，此浓度下最适合涂覆。
[0022]所述的分散剂选自六偏磷酸钠、十二烧基磺酸钠、半胱氨酸中的一种，且分散剂与光催化剂粉末的质量比为1:100?1:20 ;
[0023]所述的光催化剂为1102纳米粉末或添加助剂的T1 2复合催化剂，且助剂含量为T12质量的0.1%?20%;助剂的掺杂量控制在此范围内能保证助剂均匀分散，同时提供足够的氧化空穴与较强的电子转移能力；
[0024]所述的助剂为过渡金属氧化物、稀土金属氧化物、硫化物或其混合物；
[0025]所述光催化剂粉末的制备方法为浸渍法、溶胶凝胶法、水热合成法、共沉淀法、柠檬酸络合法其中的一种；
[0026]2)催化剂涂覆
[0027]将光催化剂的制备的步骤I)所述光催化剂水溶液，采用采用浸渍、喷涂或刷涂的方法涂覆在步骤I所述的活性炭铝蜂窝载体表面，涂覆后于100?250°C烘干0.1?4小时，如此重复涂覆-烘干-涂覆-烘干2?5次，即得到蜂窝式活性炭负载催化剂板。
[0028]优选的的助剂为V、Cu、Fe、Co、N1、Zn、Mo、Mn、Cd、Ru、Pt、Pd、Au、Ag、Ce、La，Y 的氧化物、硫化物或其混合物，助剂可使催化剂传递电子的能力显著提高，进而促进催化效率的提尚。
[0029]更优选的助剂为V2O5或CuO、或Fe 203或Co 304或CeO 2或ZnO或MoO 3或MnO 2或CdS。
[0030]所述的催化剂以铝蜂窝作为整体式催化剂支撑材料，为催化剂提供较长的停留时间与较小的阻力；同时通过实验确定保证光能功率最强的催化剂与紫外灯最佳距离，支撑材料的存在可保证这一设计距离不变。
[0031]一种蜂窝式活性炭负载催化剂板的应用，应用于工业废气中有机污染物的光催化降解，具体应用步骤如下，所述的蜂窝式活性炭催化剂板外沿为铝合金框架，通过反应器内导轨装入催化反应器，紫外灯与蜂窝式活性炭负载催化剂板间隔排列，在紫外灯照射下，实现催化反应，所述的相邻的紫外灯与蜂窝式活性炭负载催化剂板之间的距离为1mm?lm。反应气体在催化剂表面被吸附、氧化进而降解、脱附。尤其适用于固定式光催化反应器，反应器设计并优化紫外灯与光催化剂的距离，紫外光照射时，光波与引起催化剂大孔、中孔的波震动，产生的热量与能量使催化剂表面的有机物脱附、矿化，达到有机物降解与催化剂原位再生的功能。
[0032]待处理有机物分子吸附于催化剂表面，催化剂在紫外光照射下产生光生电子(e_)与光生空穴OO，此时吸附在纳米颗粒表面的氧气俘获电子形成超氧负离子(O2-)，而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基(0H-)，而O2-和OH -具有很强的氧化性，将有机物氧化至最终产物0)2和H 20。
[0033]在特定的光能功率条件下，紫外光波光波与引起活性炭大孔、中孔的波震动，产生的热量与能量可促进光生电子与光生空穴的产生，进而使活性炭吸附的被氧化降解、进而脱附，达到有机物降解的目的，同时光生电子与空穴得以原位复新，保证催化效率的提高。
[0034]本发明的有益效果
[0035]1.紫外灯与光催化剂的距离确定，光波与引起催化剂大孔、中孔的波震动，产生的热量与能量使催化剂表面的有机物脱附、矿化，达到有机物降解与催化剂原位再生的功能。
[0036]2.铝蜂窝作为催化剂支撑材料，保证反应物分子在催化剂表面的停留时间，同时保障最优的催化剂与紫外光距离，保证光能功率最优化。
[0037]3.活性炭作为催化剂载体，为有机物与氧化物分子提供了较大的吸附比面积，同时活性炭大孔、中孔的波与紫外光波震动，产生能量使有机物分子氧化、降解，降解后的小分子易于脱附，达到有机物分子降解与催化剂电子、空穴原位复新的效果。
[0038]4.复合催化剂材料