[发明专利]一种非晶态锰氧化物复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明专利申请公开了一种非晶态锰氧化物复合材料，该复合材料的化学通式为Asubgt;x/subgt;Bsubgt;y/subgt;Mnsubgt;z/subgt;Osubgt;v/subgt;，其中A为不含锰的第一过渡系过渡金属元素中的任意一种或多种，B为镧系金属元素、Bi、Y中的任意一种金属或多种，0＜x≤1，0≤y≤5，0＜z≤9，0＜v≤25。所述锰氧化物复合材料为非晶态结构，具有高比表面积。还公开了该非晶态锰氧化物复合材料的制备方法和在臭氧净化、VOC降解等领域的用途。该非晶态锰氧化物复合材料能够在高湿度、超低温、高温环境下均能高效降解臭氧和其他污染物。该非晶态锰氧化物复合材料的原料来源广泛、成本低廉、制备方法绿色环保、稳定性高、使用寿命长，易于实现工业化。

技术领域

本发明涉及锰氧化合物技术领域，具体而言，涉及一种非晶态锰氧化物复合材料的制备方法和应用。

背景技术

臭氧(O₃)是目前全球普遍存在的近地面及商业航空污染物，对生态系统和人类健康都有显著的危害。对人类来说，即使是长期接触低浓度的O₃，也会导致包括心血管，血压，呼吸系统和肺部功能在内的症状或疾病。据报告，2010年全球有104万至123万人因长期接触O₃引发呼吸系统疾病而死亡（Environ. Health Perspect. , 2017, 125, 087021）。对流层O₃的主要来源是人类排放的氮氧化物(NO_x)与挥发性有机化合物(VOCs)在阳光下的光化学作用下发生反应产生的二次污染物，这些近地面的臭氧很容易扩散到室内并危害居民安全。此外，高压放电或臭氧作用的电器设备（紫外消毒柜、覆膜机、臭氧水洗机、复印机、商用臭氧发生器、臭氧空气净化器等）会进一步提高室内O₃水平。因此，无论是从臭氧产生源头还是室内净化，都迫切需要有效的O₃去除方法来保障人民群众的生命健康安全。

针对大气中包括室外近地面和室内的臭氧气体，目前存在的室温高效催化净化臭氧技术很少见，主流的臭氧气体净化技术包括吸收法、吸附法、直接燃烧法、催化燃烧法、光催化法等。目前臭氧净化市场使用的催化剂大多为二氧化锰，再加上低温加热处理已达到去除臭氧的目的。但目前行业内还有很多亟需解决的关键性问题。首先，由于需要进行加热或者光照处理，增加了设备成本和运行风险，阻碍了使用；其次，由于比表面积较低，锰氧化物催化剂通常负载在活性炭等载体上进行使用，降低了效率；最后，各行各业臭氧净化环境并不一致，比如，牛仔裤生产中需要臭氧水洗技术，需通入上万ppm臭氧进行漂白做旧处理，因臭氧浓度极高，放热反应剧烈，常见的活性炭负载催化剂极易点燃，无法胜任；此外，在商业航空领域，高空中臭氧浓度是近地面的五倍左右（简夕忠.飞机座舱臭氧浓度分析研究[J].民用飞机设计与研究, 2011 (1): 33-34.），在零下四十度的低温下，现有催化剂难以有效地臭氧降解从而保护机组人员与乘客的安全。因此，设计并研制一款低温起活、高比表面积、耐高温、耐超低温、具有自主知识产权的锰氧化物催化剂材料，极具应用价值。

目前相关研究中，公开号为CN106512715A的专利公开了将活性组分贵金属或过渡金属氧化物与吸附组分活性炭、分子筛或有机金属骨架材料组合，用于飞机机舱内除臭氧气体净化，其设计结构新颖，但催化剂和吸附剂的成本较高；公开号为CN108889116A的专利将铕负载活性炭上，制备得到的成型催化剂十分便携，可直接应用，但制备过程较为复杂，且一定时间内并未完全去除臭氧。公开号为CN107376926A的专利通过柠檬酸溶胶凝胶法制备得到LaFeO₃的钙钛矿型臭氧催化剂，在室温干燥环境下可以达到接近100%的臭氧转化率，并在8小时内不下降，但测试条件不够苛刻。

这些现有技术在高湿度、极低温、极高温、大风量的条件下使用性能较差，且没有涉及耐久性的实验，原料价格昂贵，制备方法复杂，具有难于实现工业化，效率低，寿命短，不稳定，再生困难，易吸湿等缺陷，目前市场急需一种能够室温下高效处理臭氧，价格低廉、可以工业化量产，且满足如室温甚至超低温、高温、高湿度环境下催化处理臭氧的催化剂。

发明内容