[发明专利]一种室温高湿度下低浓度臭氧分解锰基催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种室温高湿度下低浓度臭氧分解锰基催化剂及其制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将高锰酸盐、还原性糖类、去离子水混合，其中，高锰酸盐与可还原性糖类的摩尔比为1：(0.7～3)，室温条件下充分搅拌，得到胶体；将所得胶体在水浴条件下去除多余水分，再进行干燥；(2)将干燥后的固体在200～350℃下焙烧2～4小时，得到催化剂。本发明将高锰酸盐与还原性糖类在室温条件下发生反应，无需使用水热法提供额外能量，并且焙烧温度低，极大简化了工艺，节能环保，制备的催化剂具有优异的臭氧分解率和抗湿性。

技术领域

本发明涉及一种高湿度条件下分解低浓度臭氧的锰基催化剂、制备方法及其用途，属于催化技术领域。

背景技术

超过90％的臭氧分布于平流层，能够吸收紫外线保护地球上的生物；少部分臭氧分布于近地面，即使是低浓度的臭氧，但由于其强氧化性也会对人的呼吸系统、免疫系统以及神经系统造成伤害。这两种极端性质让臭氧被形容为“在天为佛，在地为魔”。地表臭氧的一个主要来源是NO_x和VOCs在太阳光照下经过光化学反应生成；另一个主要来源是各类家用电器如消毒柜、打印机等的使用生成大量臭氧；另外自来水及废水处理、食品厂、医药行业消毒等场合也会排放高浓度臭氧。《室内空气质量标准》(GB/T 18883-2002)将臭氧1小时平均浓度限值设置为160μg/m³,；《环境空气质量标准》(GB3095-2012)规定日最大8小时平均臭氧浓度限值为100g/m³(一级)和160g/m³(二级)。为了保护生命体免受臭氧伤害，我们必须高度重视地表臭氧治理，地表臭氧治理刻不容缓。

目前，臭氧处理的主要方法有热处理法、活性炭吸附法、药液吸收法、电磁波辐射分解法和催化分解法等。其中，催化分解法因能在常温条件下，将任意浓度的含臭氧尾气降解脱除，处理成本低廉，工艺简单，操作起来安全可靠，使用寿命长，是目前使用最为广泛的臭氧处理方法。目前臭氧分解催化剂主要分为贵金属催化剂和非贵金属催化剂。贵金属的价格限值贵金属催化剂被广泛使用。非贵金属的研究主要以锰基催化剂为主。在实际使用情况中，由于水汽的存在，水会和臭氧发生竞争吸附，争夺锰基催化剂上的活性位点，导致催化剂失活；同时催化剂的使用环境湿度也较高，研究高湿度下的活性非常有必要。另一方面，臭氧浓度越低，分解越难。实际中地表臭氧浓度从数值上均比较低(但已远远超出了标准范围)，研究对环境中的低浓度臭氧具有良好分解效果的催化剂非常有必要。

CN 10751986 A以过硫酸铵为氧化剂，与二价锰和铈源混合，进行水热反应，制备出在高湿度、高空速条件下能高效分解臭氧的催化剂；CN 109364914 A公布了一种以高锰酸钾为氧化剂，与二价锰和铈源混合，在水热条件下制备的铈锰分子筛催化剂，能在室温下分解臭氧，使用时间长。但它们采用的水热法反应条件严苛，不适宜于工业上大规模生产。CN102513106 A采用共沉淀-焙烧法制备了银锰化物复合催化剂，在相对湿度为70％时，臭氧转化率能达到80％以上，表现出了优良的抗湿性。但是采用了贵金属，成本较高，限制了其广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种室温高湿度下低浓度臭氧分解锰基催化剂及其制备方法，以简化臭氧分解锰基催化剂的制备工艺，大幅地降低成本，同时保证和提高臭氧分解率和抗湿性。

本发明提供的室温高湿度下低浓度臭氧分解锰基催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将高锰酸盐、还原性糖类、去离子水混合，其中，高锰酸盐与可还原性糖类的摩尔比为1：(0.7～3)，室温条件下充分搅拌，得到胶体；将所得胶体在水浴条件下去除多余水分，再进行干燥；

(2)将干燥后的固体在200～350℃下焙烧2～4小时，得到催化剂。

上述方法中，进一步地，将步骤(2)得到的催化剂进行洗涤、过滤、干燥。与未洗涤的催化剂比较，洗涤之后活性更好，这可能是通过洗涤除去了焙烧过程产生的可溶性杂质，在催化过程中降低水的竞争吸附带来的。