一种用于空气净化的催化膜及其制备方法技术

技术编号:20141221 阅读:38 留言:0更新日期:2019-01-18 23:58
本发明专利技术涉及一种用于空气净化的催化膜及其制备方法,MnOx催化剂采用原位生长法负载在膜材料微结构单元表面,具有比表面积大,低温催化活性高,催化剂与膜材料微结构单元结合性好等优点。其制备过程首先采用低表面能溶剂浸润处理膜材料,然后将其放入高锰酸钾和有氧酸的混合溶液中,然后水浴处理,最后经过洗涤得到有催化性能的膜材料。该方法制得的催化膜比表面积大、催化剂与膜材料微结构单元结合良好,低温催化活性优异,同时对粉尘的截留性能优异,MnOx催化膜制备工艺简单,制备参数易调控,便于规模化生产,具有极好的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种用于空气净化的催化膜及其制备方法
本专利技术属于催化膜制备领域,具体涉及一种用于气体净化的催化膜及其制备方法。
技术介绍
近年来,随着工业的迅速发展和化石燃料的大量使用,空气污染问题日益突出。人类生产、生活活动或自然界向空气排出各种污染物,其含量超过了环境的承载能力,使空气质量发生明显恶化。粉尘、NOx、甲醛、VOCs成为空气污染的主要污染源之一,会严重影响人类身体健康。针对上述问题,对于空气中的固体颗粒物、NOx、甲醛、VOCs等气、固态污染物的综合治理是当下需要攻克的技术难题之一。现有技术中,中国专利技术专利CN107475795A通过聚四氟乙烯分散树脂和锰系低温催化剂与航空煤油进行混合并搅拌后,经预压成型、推压成型,再经干燥、烧结、牵伸、膜裂、梳理、收卷等过程使得短纤成丝。该聚四氟乙烯纤维有除尘脱硝的功能,脱硝催化剂分布均匀,脱硝率高。但是,此种方法生产的脱硝催化剂大部分活性中心被包裹在纤维中,催化剂比表面积小,利用率不高,在催化反应过程中所需温度较高,能耗大,且制备过程成本高工艺繁琐。中国专利技术专利CN107570138A通过将金属氧化物或贵金属负载在弹性TiO2陶瓷纤维上,使其具有脱硝性能。该专利技术有效避免了催化材料的活性组分和载体被包埋的现象,提高了催化材料进行催化反应时的活性位点数量。但是,此种方法制备的产品,催化剂与载体的结合性不高,且成本较高,不易实现工业化生产与应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于空气净化的MnOx催化膜及其制备方法,MnOx催化剂采用原位生长法负载在膜材料微结构单元表面,具有比表面积大,低温催化活性高,催化剂与膜材料微结构单元结合性好等优点,可同时实现气固分离与气态污染物降解。可应用于工业烟气净化、汽车尾气净化、室内空气净化等领域,催化降解NOx、VOCs气体的同时截留固体颗粒物。本专利技术的技术方案为:一种用于空气净化的MnOx催化膜,膜材料微结构单元表面负载有花瓣状、鳞片状、片状、针状、颗粒状的一种或多种形貌的MnOx催化剂。所述的膜材料为SiC陶瓷膜材料、玻璃纤维覆膜材料、聚酯覆膜材料、PTFE覆膜材料、PPS覆膜材料。所述微结构单元为SiC陶瓷膜颗粒及颗粒间堆积孔通道、玻璃纤维、聚酯纤维、PTFE纤维、PPS纤维。一种用于空气净化的MnOx催化膜的制备方法,制备过程包括以下步骤:(1)将膜材料置于低表面能溶剂中浸润一定时间,所述的低表面能溶剂为乙醇、异丁醇、水,浸润时间5s~30min;(2)配置一定浓度的高锰酸钾水溶液,加入含氧酸,配置一定浓度的含氧酸高锰酸钾水溶液,高锰酸钾水溶液中高锰酸钾质量分数为1~10%wt,含氧酸为硝酸、硫酸或磷酸,含氧酸质量分数为1~8%wt;(3)将步骤(1)所得的膜材料用夹具固定,竖直悬挂浸渍于步骤(2)配置的溶液中,在一定温度下处理一定时间,所述的处理温度为60~90℃,处理时间为0.5~7h。(4)将步骤(3)处理完成的膜材料置于去离子水中,超声清洗若干次后干燥处理一定时间,超声清洗次数为1~10次,干燥处理温度为60~95℃,干燥时间2~6h。本专利技术的有益效果:MnOx催化剂采用原位生长法负载在膜材料微结构单元表面,与膜材料结合牢度高,催化剂比表面积大,对气态污染物的去除能力强,可同时去除空气中的颗粒物。MnOx催化膜制备工艺简单,制备参数易调控,便于规模化生产。附图说明图1为实施例1制得的花瓣状催化膜结构电镜照片。图2为实施例2制得的针状和片状催化膜结构电镜照片。图3为实施例3制得的针状和花瓣状催化膜结构电镜照片。图4为实施例4制得的颗粒状催化膜结构电镜照片。图5为实施例5制得的鳞片状催化膜结构电镜照片。图6为实施例6制得的花瓣状催化膜结构电镜照片。图7为实施例6制得的花瓣状催化膜对NOx的催化性能表征。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做更进一步地解释,下列实施例仅用于说明本专利技术,但并不用来限定本专利技术的实施范围。实施例1用于空气净化的MnOx催化膜,膜材料微结构单元表面负载有花瓣状形貌的MnOx催化剂。膜材料为聚酯覆膜材料,制备方法包括以下步骤:(1)将孔径为5µm的聚酯覆膜材料放入乙醇溶液中浸润5s。(2)用磁力搅拌器将质量分数为1%的高锰酸钾水溶液搅拌均匀,转速为300r/min,加入硝酸与高锰酸钾水溶液搅拌均匀,硝酸质量分数1%。(3)将经步骤(1)处理过的膜片放入步骤(2)的高锰酸钾硝酸溶液中,水浴处理,水浴温度60℃,水浴时间0.5h。(4)将经步骤(3)所得膜片用去离子水超声清洗1次,放入烘箱内进行干燥处理,干燥温度为60℃,干燥时间2h。制备的催化膜电镜图如图1所示,可以看出聚酯覆膜材料纤维结构保持稳定,纤维上均匀包覆花瓣状催化剂。所制备的催化膜对PM2.5颗粒物的去除率高于99%,对VOC的去除率高于90%。实施例2用于空气净化的MnOx催化膜,膜材料微结构单元表面负载有针状和片状混合的MnOx催化剂。膜材料为PTFE覆膜材料,制备方法包括以下步骤:(1)将孔径为5µm的PTFE覆膜材料放入水溶液中浸润,浸润时间30min。(2)用磁力搅拌器将质量分数为10%的高锰酸钾水溶液搅拌均匀,转速为300r/min,加入硫酸与高锰酸钾水溶液搅拌均匀,硫酸质量分数8%。(3)将经步骤(1)处理过的膜片放入步骤(2)的高锰酸钾硫酸溶液中,水浴处理,水浴温度90℃,水浴时间7h。(4)将经步骤(3)所得膜片用去离子水超声清洗10次,放入烘箱内进行干燥处理,干燥温度为95℃,干燥时间6h。制备的催化膜电镜图如图2所示,催化剂呈颗粒状与棒状混合分布在PTFE覆膜材料膜面上。所制备的催化膜对PM2.5颗粒物的去除率高于99.9%,对VOC的去除率高于95%。实施例3用于空气净化的MnOx催化膜,膜材料微结构单元表面负载有针状和花瓣状混合的MnOx催化剂。膜材料为玻璃纤维覆膜材料,制备方法包括以下步骤:(1)将孔径为3µm的玻璃纤维覆膜材料放入异丁醇溶液中浸润,浸润时间5min。(2)用磁力搅拌器将质量分数为5%的高锰酸钾水溶液搅拌均匀,转速为200r/min,加入磷酸与高锰酸钾水溶液搅拌均匀,磷酸质量分数5%。(3)将经步骤(1)处理过的膜片放入步骤(2)的高锰酸钾磷酸溶液中,水浴处理,水浴温度70℃,水浴时间2h。(4)将经步骤(3)所得膜片用去离子水超声清洗5次,放入烘箱内进行干燥处理,干燥温度为80℃,干燥时间3h。制备的催化膜电镜图如图3所示,催化剂呈针状和花瓣状混合分布在玻璃纤维覆膜材料膜面上。所制备的催化膜对PM2.5颗粒物的去除率高于99%,对NOX的去除率高于90%。实施例4用于空气净化的MnOx催化膜,膜材料微结构单元表面负载有颗粒状的MnOx催化剂。膜材料为PPS覆膜材料,制备方法包括以下步骤:(1)将孔径为2µm的PPS覆膜材料放入异丁醇溶液中浸润,浸润时间1min。(2)用磁力搅拌器将质量分数为6%的高锰酸钾水溶液搅拌均匀,转速为400r/min,加入磷酸与高锰酸钾水溶液搅拌均匀,磷酸质量分数4%。(3)将经步骤(1)处理过的膜片放入步骤(2)的高锰酸钾磷酸溶液中,水浴处理,水浴温度85℃,水浴时间6h。(4)将经步骤(3)所得膜片用去离子水超声清洗8次,放入烘箱内进行干燥处理,干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于空气净化的MnOx催化膜,其特征在于,膜材料微结构单元表面负载有花瓣状、鳞片状、片状、针状、颗粒状的一种或多种形貌的MnOx催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于空气净化的MnOx催化膜,其特征在于,膜材料微结构单元表面负载有花瓣状、鳞片状、片状、针状、颗粒状的一种或多种形貌的MnOx催化剂。2.根据权利要求1所述的用于空气净化的MnOx催化膜,其特征在于,所述的膜材料为SiC陶瓷膜材料、玻璃纤维覆膜材料、聚酯覆膜材料、PTFE覆膜材料、PPS覆膜材料。3.根据权利要求1所述的用于空气净化的MnOx催化膜,其特征在于,所述微结构单元为SiC陶瓷膜颗粒及颗粒间堆积孔通道、玻璃纤维、聚酯纤维、PTFE纤维、PPS纤维。4.一种用于空气净化的MnOx催化膜的制备方法,其特征在于,制备过程包括以下步骤:(1)将膜材料置于低表面能溶剂中浸润一定时间;(2)配置一定浓度的高锰酸钾水溶液,加入含氧酸,配置一定浓度的含氧酸高锰酸钾水溶液;(3)将步骤(1)所得的膜材料用夹具固定,竖直悬挂...

【专利技术属性】
技术研发人员:仲兆祥邢卫红冯厦厦周梦迪武军伟
申请(专利权)人:南京工业大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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