[发明专利]一种分解臭氧的催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种分解臭氧的催化剂及其制备方法。所述催化剂包含：硅藻土；和负载于硅藻土上的Fe掺杂氧化锰；其中氧化锰中的Mn元素占催化剂总质量的质量比例为2～10％。该催化剂的制备方法包括以下步骤：(1)将硅藻土浸泡于乙酸锰和铁盐的混合溶液中，使硅藻土均匀分散于该溶液中，硅藻土的加入量为25‑200g/L；和(2)将硅藻土从溶液中分离，烘干后煅烧，得到所述催化剂。

技术领域

本发明涉及一种用于空气净化的催化剂材料及其制备方法，尤其涉及一种具备加速臭氧分解速度的复合催化剂材料及其制备方法。

背景技术

臭氧(O₃)是大气中的一种微量气体，在地球大气层不同高度中均有分布。臭氧可由氧气分子(O₂)经紫外光照或电离产生。在地球表面20-35千米高度的臭氧层通过吸收紫外线对地表生物起到保护作用，而地表附近的一定浓度的臭氧对人体健康不利，是目前环保部空气质量监控指标之一。由于臭氧有比较强的氧化作用，空气中0.1mg/m³浓度的臭氧会刺激喉头、鼻腔等器官，0.2mg/m³浓度的臭氧会诱发呼吸系统疾病并导致眼睛不适。地表附近臭氧的来源较多，高温天气下可挥发性有机物(VOCs)经光化学反应可生成臭氧，是夏季室外臭氧污染的主要来源。除了室外扩散进来的臭氧，室内臭氧污染还来自打印机、复印机、静电除尘设备等等带有紫外光源或高压静电的电器。此外，具有强氧化性的臭氧(O₃)常用于灭菌消毒，广泛应用于工业消毒、污水处理、室内空气净化等领域，这些过程中残余或逃逸的臭氧分子也构成一定的污染。如果不进行处理，臭氧浓度累积带来的不愉快的味道不但影响居住者心情，高浓度下还会影响身体健康。

尽管热力学上臭氧分子转化为氧气分子的反应在室温附近是热力学的自发反应，其自由能变化为由于动力学障碍的存在，臭氧表现相对稳定，需要催化或升高温度才能分解。目前实际应用的去除臭氧的方法包括药剂吸收、光催化和催化分解等。药剂吸收法将含有臭氧的气体通过液体或固体试剂，通过化学反应或吸附将其去除。这种方法的主要缺陷在于药剂寿命有限、需要定期更换。光催化法需要包括光源在内的专门设备。而通过使用催化剂通过降低臭氧分解反应的活化能达到加速反应的目的，以比较简单的方式降低臭氧浓度，是技术上较为可行的方法。

尽管催化分解法表现出技术上较多的优势，但目前应用的臭氧催化剂仍存在不足。传统上使用贵金属作为催化剂，虽然催化效率高，但高昂的成本限制了推广使用。使用氧化铜、氧化锰等过渡金属氧化物尽管价格低廉，但效率不高，特别是室温附近的臭氧分解反应效率难以达到实用的要求，往往需要加热单元升温以提高效率。为此，湘潭大学的发明专利申请“一种常温快速分解臭氧的催化剂及其制备方法”(申请号：CN201610420650.0)公布了一种过渡金属氧化物与蜂窝陶瓷、ZSM-5或SBA-15复合材料催化剂，发现只有载体表面首先涂敷一层的γ-Al₂O₃涂层，过渡金属氧化物才能发挥室温催化降解臭氧的功能。CN201610543720.1公布了一种锰铜复合催化剂，将高锰酸钾溶液、Mn^II盐、Cu^II盐溶液混合后经一系列步骤得到，但产物需经过低温冷冻干燥获得，工艺较为特殊。发明专利“一种净化符合空气污染物的装置和方法”(申请号：CN201611008095.7)将氧化锰和贵金属同时负载于载体上起到分解空气污染物作用，因使用贵金属导致成本过高。催化材料研究方面，还出现了活性炭负载的各类贵金属或氧化物材料作为臭氧分解的催化剂，然而由于低浓度的臭氧也能将活性炭氧化(催化学报，2008，29(4)，335-340)，从而导致催化剂载体的消耗和寿命不高。

发明内容

本发明提供一种分解臭氧的催化剂，包含：

硅藻土；和

负载于硅藻土上的Fe掺杂氧化锰；

其中氧化锰中的Mn元素占催化剂总质量的质量比例为2～10％。