[发明专利]一种钙钛矿与尖晶石复合型臭氧分解催化剂

说明书

本发明提供了一种钙钛矿与尖晶石复合型臭氧分解催化剂及其制备方法，采用蜂窝堇青石作为支撑结构，钙钛矿型TiNbO₅作为胶黏层和分散剂，以及尖晶石型Mn_0.8Cu_0.2Fe₂O₄作为活性组分所组成复合结构。不同于常规钛、硅、铝溶胶煅烧时聚集收缩，钙钛矿结构的TiNbO₅二维纳米片状胶体作为粒子胶黏剂和分散剂，高温煅烧收缩性小,同时本身又具有一定臭氧分解作用；不同于传统Cu、Mn、Fe等复合氧化物容易发生迁移和聚集，形成了尖晶石Mn_0.8Cu_0.2Fe₂O₄结构稳定，热处理时不易聚集。

技术领域

本发明涉及到空气净化领域，具体涉及到一种新型类钙钛矿与尖晶石复合型室温臭氧分解催化剂及其制备方法。

背景技术

臭氧具有极强的氧化能力，目前被广泛应用到诸如除臭、空气杀菌、芳香烃有机物降解、医疗设备的消毒、高级水处理技术等领域。但是，臭氧浓度在0.1到1ppm就会使人晕、眼睛不适和喉咙痛症状，在1小时内可接受臭氧的极限浓度是0.26ppmv，长期暴露在臭氧环境中，会引起咳嗽、呼吸困难及肺功能下降，患肺气肿的几率会大大提升，因此世卫组织制定的臭氧安全标准是8小时工作环境中最大允许浓度应小于0.016ppm；臭氧还会抑制植物生长，使植物叶子变黄甚至枯萎，给农业生产带来重大损失；臭氧还是一种温室气体和光化学污染物，排放到空气中的臭氧会造成环境污染。因此，如何消除臭氧的污染，成为研究的热点和重点。

对于臭氧分解，科研工作者研究主要采取使用活性碳或氧化物分子筛负载金属氧化物来处理，氧化物以氧化锰、氧化铁、氧化钴、氧化铜、氧化镍、氧化铈等为主，如专利CN102513106A，CN101402047A，CN101757933A等。这类催化剂一般将多种氧化物负载在载体上，在煅烧和后续使用过程中会发生活性组分聚集和迁移现象。因此，需要研究不易聚集的、具有稳定晶型结构和特殊物化性能的多金属复合氧化物成为首选，如钙钛矿结构(ABO₃)和尖晶石结构(AB₂O₄)等。

近年来，专利CN107376926 A报道纯相或掺杂过渡金属的钙钛矿型铁酸镧(LaM_xFe_(1-x)O₃，0≤x≤0.2，M为过渡金属)，将多孔陶瓷直接浸渍在铁酸镧的水溶液中，制备成型的催化剂在室温下可以用于臭氧的分解，但受制于陶瓷载体自身比表面积不大，钙钛矿型直接浸渍存在负载量少、易脱落等固有缺陷；专利CN200680015614.0报道了含铁化合物(Fe₂O₃、FeO(OH)、Fe(OH)₃的至少一种)和纯尖晶石结构的铁酸化合物(MnFe₂O₄、ZnFe₂O₄、NiFe₂O₄、CuFe₂O₄的至少一种)组成的混合催化剂，通过温度控制含铁化合物的状态，通过共沉淀形成纯尖晶石结构的铁酸化合物，但是掺配型[A_1-xM_x]B₂O₄在其共沉淀制备方法中不能实现。

鉴于此，本发明旨在采用合适胶黏剂和分散剂，将钙钛矿和尖晶石结构的催化剂负载在蜂窝陶瓷上，即采用具有钙钛矿结构的层状钛铌酸钾(KTiNbO₅)和掺配型尖晶石A_1-xM_xB₂O₄结构的Mn_0.8Cu_0.2Fe₂O₄制备臭氧分解催化剂，其中层状钛铌酸形成的纳米片主要作为尖晶石活性组分的胶黏剂和分散剂，同时本身又具有一定臭氧分解作用，实现了臭氧分解催化剂的成型，以及钙钛矿和尖晶石分解臭氧的协同作用。

发明内容