一种臭氧分解催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术为一种臭氧分解催化剂及其制备方法，涉及催化及环境保护领域。其特征在于采用以锰的氧化物为主活性组份，添加碱金属或碱土金属为助活性组份，采用喷涂工艺，负载在金属或陶瓷蜂窝载体上。具有使用方便、脱除效率高、使用寿命长等优点。本发明专利技术的催化剂主要用于放电空气臭氧的催化分解，也可用于ＮＯｘ、ＳＯｘ的催化分解。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为。涉及催化及环境保护

技术介绍
臭氧是氧的同素异型体，在常温常压下是一种不稳定的淡紫色气体。由于其具有强氧化性以及反应产物无毒无害，故广泛应用于水和空气的脱臭、杀菌，以及废水的脱色、COD去除和氰基有机物的氧化分解。此外，现代工业及居民使用的电器也会产生臭氧，如复印机、高频电视、汽车、空调及飞机等工作时都会产生臭氧。如果环境中的臭氧浓度达0.06mg/m3时，人会出现头痛、喉咙干涩、呼吸道粘膜受损等状况，严重危害人体健康。故O3已被列为城市光化学污染的主要污染物之一。世界卫生组织已制定了关于O3的安全标准8小时工作环境下允许的最大浓度应低于0.10ppm(4×10-9mol/l)。目前臭氧分解的方法主要有热分解法、活性炭法、电磁波辐射分解法、药液吸收法和催化分解法。前四种方法存在吸收量少、能耗高和产生二次废物等缺点，而催化分解法只产生氧，因此是比较理想的工业臭氧分解方法。用于臭氧催化分解催化剂的活性组分主要有以下几种锰化合物类、贵金属类和过渡金属氧化物类。贵金属类臭氧催化分解催化剂是一种含Pt、Pd、Rh等贵金属，将其负载到氧化铝、活性炭和硅藻土上，具有良好催化性能的臭氧分解催化剂。但其成本较为昂贵，同时水蒸汽也会强烈抑制这一过程，使用一段时间必须进行再生。过渡金属氧化物类臭氧分解催化剂是一种具有良好的持续催化性能且比贵金属廉价的臭氧分解催化剂，对脱臭、脱色、杀菌、分解有机物后剩余臭氧的分解特别有效。该催化剂由比表面积为5m2/g～50m2/g，含Fe、Co、Ni等过渡金属的多孔质炭粒和类水铝矿型水合铝及沸石构成，但缺点是使用时必须存在一定的水汽环境。如国外有人将Fe3O4与铝矽酸盐混合做成颗粒状煅烧得到催化剂。当O3浓度为50mg/m3，空速为5000-1时，在30℃～80℃下，催化剂的臭氧分解率达到92％以上。也有人采用α-Fe3O4作为催化剂，由Fe(NO3)3在500℃下煅烧5h得到。当O3浓度为500mg/m3，空速为2700h-1时，在65℃催化剂的臭氧分解率为96％。还有人将钴、镍氧化物用于制备臭氧催化分解催化剂。如将Co3O4负载到沸石上得到的催化剂。Co3O4由CoCl2得到，含量为2.14％。当O3浓度为1000mg/m3，空速为8668h-1时，分解3h催化剂的臭氧分解率为100％。K.Kodama在其申请的专利中是将CoOx与NiOx负载到硅胶上得到的催化剂。CoOx由CoO3·Co(OH)2在330℃下煅烧48h得到，其含量为55％～75％；NiOx由NiOOH在200℃下煅烧3h得到。当O3浓度为1500mg/m3，空速为4000h-1时，在50℃下分解150h，催化剂的臭氧分解率为97％。作为对比技术，中国专利CN90106857，其采用氧化铜和二氧化锰做活性组份。中国专利申请号CN1259398A是以二氧化锰和镍和/或铜和/或钴为活性组份，负载在活性炭上实现。CN1171674也是以二氧化锰和铜、镍、银为活性组份，负载在活性炭上实现。上述催化剂以贵金属或过渡金属氧化物为活性组份的催化剂成本比较昂贵，并且，使用时要求有水汽环境等限制，同时，选用的载体在日常使用中还会存在一定困难，比如会造成通气不畅，使催化效率和使用寿命下降。
技术实现思路
与现有技术相比，本专利技术制备的催化剂具有以下特点a、活性组份为锰的多价氧化物，不引入贵金属或过渡金属，从而成本较低。b、载体选用穿透力极好的蜂窝载体，提高了催化效率和使用寿命，且原有设备使用不需做任何调整。c、使用时无需水汽环境等限制。d、催化剂可以整体使用，并且重量较轻。本专利技术为一种臭氧催化分解催化剂及其制备方法。所述的一种臭氧催化分解催化剂，其特征在于选择以锰的氧化物为主活性组份，其中以4价和2价锰的氧化物为主，包括MnO2、MnO；同时存在6价、7价和其它中间价态锰，包括Mn3O4、K2MnO4、KMnO4；以碱金属，包括钾，钠；或碱土金属，包括钡，钙为助活性组份，并且碱或碱土金属对金属锰的原子比在1∶1～5的范围，最好在1∶1.1～3.0的范围之间，将活性组分及助活性组份负载在金属或陶瓷载体上，用于臭氧及NOx、SOx的催化分解。所述的一种臭氧催化分解催化剂的制备方法，其特征在于制备过程为 将可溶于水的锰盐，包括硝酸锰、醋酸锰、硫酸锰、氯化锰，用其中的一种或几种，配成水溶液，把计算量的高锰酸盐溶液，包括高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸钙、高锰酸钡等；用其中的一种或几种，使高锰酸盐溶液与锰盐溶液物质的量比为0.05～0.5，优选0.20～0.40，在高速剪切下混合，形成一种多价态锰的氧化物的乳状悬浮液，将预先经酸洗、碱洗、去离子水洗的蜂窝载体烘干，把上面制备的乳状悬浮液均匀的喷涂在载体上，烘干或晾干，直至涂层厚度达到要求，再将涂层达到厚度的催化剂在80～250℃，优选110～180℃，烘干2～4小时，在250～500℃，优选350～450℃焙烧4～6小时。冷却，水洗除去杂质离子，再经100～180℃烘干、自然冷却得催化剂。按照上述的催化剂的制备方法，催化剂活性组分负载在金属或陶瓷载体上，特征在于金属蜂窝载体可以是铝合金、铁合金或钛合金制成蜂窝状，陶瓷载体可以采用氧化铝、氧化硅、氧化钛或堇青石的一种或几种，制成蜂窝状。按照上述的催化剂的制备方法，特征在于催化剂涂层的厚度在0.01mm～0.3mm之间，最好在0.02～0.15mm之间。实施方式 下面通过实施例来进一步说明本专利。实施例1量取40ml10％工业硝酸锰溶液在高剪切下与20ml7％高锰酸钾溶液混合反应，继续乳化2小时，得溶液A。将210×50×30mm的铝合金采用传统的酸洗、碱洗、水洗烘干工艺预处理后，将溶液A喷涂在预处理好的载体上，80℃烘干4小时，反复喷涂，至载体增重率达15％，500℃焙烧4小时得催化剂，催化剂涂层的厚度在0.01mm，编号为TCY-1。在含800ppm的臭氧空气中，常温下，空速500～3000h-1臭氧的脱除率达约100％(臭氧浓度小于0.05ppm)。实施例2量取40ml20％工业醋酸锰水溶液在高剪切下与20ml7％高锰酸钠溶液混合反应，继续乳化2小时，得溶液B。将210×50×30mm的钛合金采用传统的酸洗、碱洗、水洗烘干工艺预处理后，将溶液B喷涂在预处理好的载体上，250℃烘干2小时，反复喷涂，至载体增重率达20％，250℃焙烧6小时得催化剂，催化剂涂层的厚度在0.3mm，编号为TCY-2。在含800ppm的臭氧空气中，常温下，空速500～3000h-1臭氧的脱除率达约100％(臭氧浓度小于0.05ppm)。实施例3量取40ml30％的工业醋酸锰与工业硝酸锰重量1∶1的混合水溶液，在高剪切下同20ml7％的高锰酸钾与高锰酸钠重量1∶1的混合水溶液，进行混合反应，继续乳化2小时，得溶液C。180℃烘干3小时。喷涂方式同实施例1，反复喷涂，至载体增重率达到16％。样品350℃焙烧6小时，催化剂涂层的厚度在0.02mm，样品编号为TCY-3。在含800ppm的臭氧空气中，常温下，空速500～3000h-1臭氧的脱除率达约100％(臭氧浓度小于0.05ppm)。实施例4同实施例1，高锰酸钾改为高锰酸钙。样品编号为TCY-4。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种臭氧催化分解催化剂，其特征在于选择以锰的氧化物为主活性组份，其中含４价和２价锰的氧化物，包括ＭｎＯ↓［２］、ＭｎＯ；同时存在６价、７价和其它中间价态锰，包括：Ｍｎ↓［３］Ｏ↓［４］、Ｋ↓［２］ＭｎＯ↓［４］、ＫＭｎＯ↓［４］；以碱金属，包括钾，钠；或碱土金属，包括钡，钙为助活性组份，并且碱或碱土金属对金属锰的原子比在１∶１～５的范围，活性组分及助活性组份负载在金属或陶瓷载体上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于海斌，孙彦明，成宏，李孝国，姜雪丹，李继霞，
申请(专利权)人：天津化工研究设计院，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]