[发明专利]用于催化分解臭氧的锰基复合氧化物催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂，具体涉及一种用于催化分解臭氧的锰基复合氧化物催化剂，特别涉及一种用于催化分解在水或空气处理及现代工业和家用电器产生的臭氧的锰基复合氧化物催化剂及其制备方法。

背景技术

臭氧(O₃)与氧气(O₂)是氧元素的同素异形体，常温下，臭氧(O₃)是一种有特殊腥味的不稳定的淡紫色气体。近年来，由于其强氧化性，臭氧作为消毒剂、杀菌剂和除臭剂，在废水处理中得到日益广泛的应用。但是处理水后未耗完的剩余臭氧就会排放到大气中污染环境。随着现代办公设备的完善提高，大量复印机、印刷机、传真机等机器，以及吸尘器、空气清洁器的使用，通过电晕放电而产生臭氧，使得周围环境中的臭氧逐渐积累，浓度过高时对人体有害。这些臭氧未被处理直接进入大气，对各种生命体及其生存环境产生危害。臭氧能够强烈刺激人的呼吸道，造成咽喉肿痛、胸闷咳嗽、引发支气管炎和肺气肿；会造成人的神经中毒，头晕头痛、视力下降、记忆力衰退；会对人体皮肤中的维生素E起到破坏作用，致使人的皮肤起皱、出现黑斑；还会破坏人体的免疫机能，诱发淋巴细胞染色体病变，加速衰老，致使孕妇生畸形儿。世界卫生组织制订的臭氧安全标准为8小时工作环境下允许的最大浓度为0.10ppm(4×10^-9mol/L)。

目前处理臭氧的主要方法有：热分解法、活性炭法、预臭氧化法、稀释法、电磁波辐射分解法、药液吸收法和催化分解法。前几种方法存在能耗高、产生二次污染物和处理量小等局限性，而催化分解臭氧可以较好的弥补以上方法的不足，能够满足高分解率、长期稳定、安全、经济等要求，是比较理想的臭氧处理方法。

CN1259398A公开了一种臭氧分解催化剂及其制备方法。臭氧分解催化剂以活性炭为载体，除含二氧化锰外，还含有镍或铜或钴等的金属氧化物，采用浸渍-沉积法制备。该催化剂含MnO₂为4～20％(重量)，镍或铜或钴的氧化物的含量为3～8％(重量)，当气体中含O₃浓度为300～2000ppm时，在15℃下加湿、空速为5×10³～2×10⁴h^-1条件下，该催化剂的使用寿命可达500～2000小时。

CN101757933A提供了一种臭氧分解催化剂，包括：作为催化剂载体和催化剂助活性组分的金属泡沫镍；作为主活性组分通过浸渍方式覆在所述泡沫镍表面的锰或铁氧化物。该发明还提供了一种臭氧分解催化剂的制备方法，包括步骤：A、配制硝酸锰或硝酸锰铁构成的活性组分溶液；B、将作为载体的泡沫镍浸渍所述活性组分溶液；C、将浸渍后的载体烘干，并在一定温度下烘烧。

CN1785507A公开了一种臭氧分解催化剂及其制备方法，涉及催化及环境保护领域。其特征在于采用以锰的氧化物为主活性组份，添加碱金属或碱土金属为助活性组份，采用喷涂工艺，负载在金属或陶瓷蜂窝载体上。本发明的催化剂主要用于放电空气臭氧的催化分解，也可用于NO_x、SO_x的催化分解。

按照活性组分的不同，主要的臭氧分解催化剂可以分为含锰催化剂、含过渡金属氧化物催化剂、贵金属催化剂三类。但是现有的催化剂一般存在成本较高、存在强烈的水蒸气抑制作用和臭氧分解效率不够高等一系列问题。

因此，开发新型具有高臭氧分解活性、适应高臭氧浓度、高湿度的催化剂体系，具有非常重要的环境意义。

发明内容

针对现有技术的不足，为解决现有催化分解臭氧的催化剂存在的寿命短、抗湿性差、使用贵金属造成高成本的问题，本发明提供了一种新型锰基复合氧化物催化剂及其制备方法，可用作水或空气处理及现代工业和家用电器产生的臭氧的催化分解。

本发明的目的之一在于提供一种用于催化分解臭氧的锰基复合氧化物催化剂，所述催化剂包括锰氧化物和至少一种过渡金属氧化物。

本发明所述催化剂中锰元素和过渡金属元素的摩尔比为0.2～5.0，优选2.0～3.0，进一步优选2.0。

本发明所述催化剂中的过渡金属元素优选钛、铬、铁、钴、镍、铜、锆、铌、钼、钒、钪中的一种或至少两种的混合物，例如铁，钛/铬，铜/锆，钼，钼/钒/钪等选择，进一步优选镍、铜、铁中的一种或至少两种的混合物。