一种臭氧催化氧化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种臭氧催化氧化材料，以改性活性炭为基体，表面包覆有SiO

Ozone catalytic oxidation material and preparation method and application thereof

The invention provides an ozone catalytic oxidation material, wherein the modified activated carbon is used as a base, and the surface is coated with SiO

【技术实现步骤摘要】
一种臭氧催化氧化材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及臭氧催化氧化材料制备
，更具体地，涉及一种臭氧催化氧化材料及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，PM2.5和臭氧已成为各城市灰霾天气的元凶，而挥发性有机污染物（VOCs）则是臭氧和PM2.5生成的前驱体。同时，VOCs具有致畸、致癌、致突变的三致效应，对人体造成极大的危害，对生态环境造成巨大威胁，被称为“影子杀手”。因此，VOCs的治理具有重大意义，它被列为“十三五”的重要控制指标。在众多的VOCs治理工艺中，高级氧化技术受到越来越多的关注。臭氧是一种强氧化剂，其标准电极电位为2.07V，氧化性仅次于氟。然而单一的臭氧氧化技术存在着需要臭氧浓度高、可能产生毒性更强的中间副产物、效率低、作用对象有限、对难降解物质作用不明显、残余臭氧二次污染等问题。因此，臭氧催化氧化技术应运而生，该技术将臭氧氧化技术和催化氧化技术有机结合，臭氧在催化剂的作用下产生具有更高活性的物质，如羟基自由基、氧自由基等，它们能够无选择性地攻击化合键，使化合物完全矿化为二氧化碳和水。目前臭氧催化氧化技术在气体处理方面的研究相对较少，并且未进行广泛的运用。但总体来说，该技术存在亟待解决的问题：一方面，传统的臭氧催化剂分解臭氧性能较差、稳定性不好，催化剂无法充分利用臭氧，导致废气处理效率低下，同时，残余臭氧也会引发二次污染及造成资源浪费；另一方面，在一些臭氧催化氧化反应中只有部分VOCs被转化为CO2，其余VOCs生成大量有毒副产物CO。因此，臭氧的催化氧化能力应得到有效的利用，另外还要合理控制臭氧的使用量。中国专利技术专利CN102626629公开了一种负载型金属氧化物催化氧化催化剂，是以陶瓷滤球作为载体，硝酸镍溶液为活性组分，经水洗、酸泡、烘干、焙烧等步骤制得，该材料用于降解静态的水中污染物对硝基苯酚，但该材料存在残余臭氧二次污染、不适用连续流的气态污染物降解等缺点；中国专利技术专利CN105312061A公开了一种常温除臭氧催化材料，以高比表面积的多孔活性炭、分子筛为主的复合材料为载体，负载有一种或几种非贵金属氧化物为活性组分，同时负载有一种或几种还原性保护剂。该材料对臭氧具有良好的分解效率，但是并不能将臭氧加以利用于降解污染物，造成臭氧浪费。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术存在的上述不足，首先提供一种臭氧催化氧化材料。本专利技术的第二个目的是提供所述臭氧催化氧化材料的制备方法。本专利技术的第三个目的是提供所述臭氧催化氧化材料的应用。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现的：一种臭氧催化氧化材料，是以改性活性炭为基体，表面包覆有SiO2膜，SiO2膜的表面有过渡金属氧化物，其中改性活性炭占臭氧催化氧化材料的质量分数为40～80%，SiO2占臭氧催化氧化材料的质量分数为5～50%，过渡金属氧化物占臭氧催化氧化材料的质量分数为1～15%。活性炭载体虽比表面积大，成本低廉，但本身易被氧化，在臭氧催化氧化中耗损严重。本专利技术该材料以改性活性炭为基体，通过二氧化硅覆膜，形成核壳结构，然后在其表面生长出过渡金属氧化物，作为活性组分，能够极大提高臭氧催化氧化气态污染物能力，并且没有残余臭氧产生，可避免二次污染。优选地，所述过渡金属氧化物选自二氧化锰、氧化铜、氧化铈、氧化镍、氧化钴中的一种或两种，或两种以上。优选地，所述活性炭选自煤质碳、椰壳碳、碳纤维、碳分子筛中的一种或两种，或两种以上。本专利技术还提供所述的臭氧催化氧化材料的制备方法，包括以下步骤：（1）改性活性炭的制备：在活性炭中加入氧化剂，在恒温水浴中搅拌、回流；然后将混合物离心，洗涤至pH为中性，最后烘干即得改性活性炭；（2）SiO2膜包覆改性活性炭：将CTAB、水和改性活性炭混合搅匀，然后加入碱溶液、正硅酸乙酯和乙醇的混合溶液；充分振荡，于水浴中恒温加热，再经抽滤、干燥后得到SiO2膜包覆的改性活性炭；（3）负载过渡金属氧化物：将SiO2膜包覆的改性活性炭浸泡于过渡金属氧化物溶液中，加热至水分完全蒸发，经干燥、煅烧和活化制得臭氧催化氧化材料。优选地，步骤（1）的氧化剂选自浓硝酸溶液、过氧化氢溶液、过氧乙酸溶液中的一种或两种，或两种以上，所述氧化剂的用量为每克活性炭添加0.5～1.2mL。优选地，步骤（2）所述抽滤是指用去离子水和乙醇多次抽滤。优选地，步骤（3）所述煅烧是指在管式炉内惰性气体氛围中煅烧，活化也是在惰性气体氛围内进行。优选地，步骤（1）所述水浴温度为80～120℃；所述回流时间为2～4小时；所述的烘干温度为80～120℃。优选地，步骤（2）所述CTAB与改性活性炭的质量比为0.1～1.2：1；所述水的用量为每克改性活性炭添加100～300ml；所述碱溶液选自氢氧化钠或/和氢氧化钾，碱溶液的用量为每克改性活性炭添加200～300ml；所述正硅酸乙酯的用量为每克改性活性炭0.2～4.6ml，乙醇的用量为每克改性活性炭10～20ml。所述的水浴温度为60～100℃；所述的干燥温度为100～130℃，干燥时间为12～15小时。优选地，步骤（3）所述浸泡的时间为0.5～2h，所述加热的温度为40～80℃；所述干燥温度为90～120℃；所述煅烧的程序为：温度300～600℃，升温速度为5～15℃/min，保温2～5小时；本专利技术还提供所述的臭氧催化氧化材料在气体净化方面的应用，所述气体包括臭氧和VOCs；具体是提供分解臭氧和降解VOCs方面的应用。本专利技术还提供所述臭氧催化氧化材料在气体净化方面的用于。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种臭氧催化氧化材料，是以改性活性炭为基体，表面包覆有SiO2膜，SiO2膜的表面有过渡金属氧化物，改性活性炭占臭氧催化氧化材料的质量分数为40～80%，SiO2占臭氧催化氧化材料的质量分数为5～50%，过渡金属氧化物占臭氧催化氧化材料的质量分数为1～15%。以改性活性炭为基体，通过二氧化硅覆膜，形成核壳结构，然后在其表面生长出过渡金属氧化物，作为活性组分，能够极大提高臭氧催化氧化气态污染物能力，核壳结构还大大抑制了活性炭易被氧化的问题。本专利技术获得的臭氧催化氧化材料的催化效率高、稳定性好、使用寿命长，对高浓度的苯去除率始终为100%；能充分利用臭氧，提高臭氧催化氧化气态污染物的效率，节约臭氧使用量，降低能耗；同时，过渡金属具有良好的臭氧及有机物分解能力，可完全分解臭氧，没有残余臭氧产生，可避免二次污染。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的简单修改或替换，均属于本专利技术的范围；若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。实施例12%Mn-40%SiO2@58%AC，350℃，H2O2一种臭氧催化氧化材料，以改性活性炭为基体，原料按质量百分比计含有：改性活性炭：58%，SiO2：40%，锰氧化物：2%。具体制备步骤如下：（1）改性活性炭（原料核）制备：在椰壳活性炭原料中加入过氧化氢溶液0.6mL/g活性炭，在80℃恒温水浴中搅拌、回流2小时；然后将混合物离心，用水洗涤至pH为中性；最后在烘箱中80℃烘干得到改性活性炭。（2）SiO2膜包覆：称取CT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种臭氧催化氧化材料，其特征在于，以改性活性炭为基体，表面包覆有SiO

【技术特征摘要】
1.一种臭氧催化氧化材料，其特征在于，以改性活性炭为基体，表面包覆有SiO2膜，SiO2膜的表面有过渡金属氧化物，其中改性活性炭占臭氧催化氧化材料的质量分数为40～80%，SiO2占臭氧催化氧化材料的质量分数为5～50%，过渡金属氧化物占臭氧催化氧化材料的质量分数为1～15%。2.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化材料，其特征在于，所述过渡金属氧化物选自二氧化锰、氧化铜、氧化铈、氧化镍、氧化钴中的一种或两种，或两种以上。3.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化材料，其特征在于，所述活性炭选自煤质碳、椰壳碳、碳纤维、碳分子筛中的一种或两种，或两种以上。4.权利要求1至3任一项所述的臭氧催化氧化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）改性活性炭的制备：在活性炭中加入氧化剂，在恒温水浴中搅拌、回流；然后将混合物离心，洗涤至pH为中性，最后烘干即得改性活性炭；（2）SiO2膜包覆改性活性炭：将CTAB、水和改性活性炭混合搅匀，然后加入碱溶液、正硅酸乙酯和乙醇的混合溶液；充分振荡，于水浴中恒温加热，再经抽滤、干燥后得到SiO2膜包覆的改性活性炭；（3）负载过渡金属氧化物：将SiO2膜包覆的改性活性炭浸泡于过渡金属氧化物溶液中，加热至水分完全蒸发，经干燥、煅烧和...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海保，刘高源，叶信国，黄文君，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44