一种多功能环境净化复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多功能环境净化复合材料，该复合材料是一种包括分子筛载体、TiO2以及少量过渡金属氧化物的催化剂，所述TiO2和过渡金属氧化物负载在所述分子筛载体上。本发明专利技术还公开了上述多功能环境净化复合材料的制备方法，制备出的催化剂具有高比表面积、高催化氧化活性、活性组分高度分散和净化稳定高效等特征；本发明专利技术还进一步公开了上述多功能环境净化复合材料在光催化氧化与臭氧催化氧化协同净化污染物中的应用，多功能复合材料不仅吸收紫外光产生良好的光催化氧化活性，同时还能高效分解臭氧并利用臭氧分解产生高活性氧氧化污染物，并实现光催化氧化与臭氧催化氧化协同净化污染物，降解彻底、净化效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于废气净化材料领域，具体涉及一种多功能环境净化复合催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
当前，我国大气环境形势十分严峻，以细颗粒物(PM2.5)、臭氧(O3)等为特征的区域性复合型污染日益突出，区域内空气重污染现象大范围同时出现的频次日益增多，成为社会经济可持续发展中的突出问题。作为促进臭氧和PM2.5形成的主要前体物挥发性有机物(VOCs)也日益受到社会的关注。因此，控制VOCs的排放是控制大气中PM2.5和低空臭氧污染的重要手段之一。尤其近几年，珠三角、长三角、京津冀等经济发达地区大气污染日趋严重，灰霾天变得越来越多，这使得臭氧和PM2.5所代表的细粒子污染，渐渐发展为大城市和区域空气污染的首要大敌。VOCs涉及行业众多、种类更繁多、成分更复杂、毒性更强，来源广泛既有生活源又有工业源，是我国大气污染治理的难点和关键，VOCs的末端控制技术可以分为两大类：即回收技术和销毁技术，由于净化材料、技术及工艺等的开发研究薄弱，尤其是材料上缺乏创新和突破，而催化剂在其中又有着举足轻重的作用，导致目前缺乏高效、经济和稳定的VOCs及室内复合污染物治理方法。目前国内外控制技术主要是蓄热燃烧(RTO)、催化氧化、直接燃烧、吸附、生物法、吸收、等离子体、光催化氧化等。其中以活性炭吸附最为普遍，单独吸附技术由于废弃吸附剂属于危险废物，绝大部分企业不定期更换，形同虚设，单独使用活性炭逐渐被禁止。燃烧或催化燃烧法，高温反应条件(200-850℃)，能耗高、潜在巨大安全隐患。光催化技术由于具有氧化能力强、能耗低以及反应条件温和等优势，近年来在空气净化领域得到广泛关注。但传统光催化仍存在诸多不足，如光量子效率低、电子-空穴复合以及催化剂失活等，严重制约其实际应用。真空紫外光催化是一种效率极高、功能强大的空气净化新技术，近年来得到广泛关注。真空紫外灯的能量极高、能够产生大量臭氧。但传统催化剂对光的吸收和臭氧的分解及利用效率较低。催化材料的创新是光催化技术创新的根本和源泉，要想在催化技术的开发和应用中居于领先地位，必须首先进行催化材料的创新。随着污染源和污染物成分的复杂化、污染排放量的加大，这些技术的效率低、二次污染、腐蚀设备、工艺复杂、投资大、运行费用高等缺点逐渐显露。为克服这些缺点，研究、开发新的空气污染净化技术及材料尤为紧迫。为适应日益严格的环保要求，近年来研究开发出一些新型环保材料及技术，但仍然存在功能单一、效率低下等缺陷。中国专利技术专利CN101164695公开了一种负载型纳米二氧化钛的制备方法，属于无机功能材料制备领域。以多孔硅分子筛为主体，以纳米二氧化钛为客体的复合材料的方法，客体材料大小被主体材料的纳米级孔道限制；具体方法：配置浓度范围为6.25mmol/mL～37.5mmol/mL的无机钛盐水溶液，以水或有机酸水溶液为溶剂；采用等体积浸渍方法将引入多孔材料内部，将浸渍好的样品室温下放置24小时，移入具有聚四氟内衬的水热罐中，在温度范围80℃～120℃条件下水解0.5～4h小时，然后500℃～700℃温度下焙烧时间是2小时，得具有一定光催化活性的复合材料。制得的复合材料应用于有机物的光降解和催化剂载体材料。中国专利技术专利CN102380385A公开了一种负载型金属掺杂介孔二氧化钛光催化剂及其制备方法和应用，通过载体与含金属组分的钛溶胶相互包容沉积，混合溶胶中加入有机模板剂，经过干燥后高温煅烧，制得所需的负载型金属掺杂介孔二氧化钛光催化剂，其二氧化钛保持锐钛矿晶型，粒径在10-30nm，孔径在2-20nm，比表面积大(≥200m2/g)。中国专利技术专利CN101444725公开了一种负载型二氧化钛光催化薄膜的制备方法，所述方法包括二氧化钛溶胶制备、超声涂覆二氧化钛薄膜、浸渍提拉和干燥煅烧四个步骤。中国专利技术专利CN102614877A公开了涉及过渡金属元素和非金属元素掺杂纳米二氧化钛改性光催化剂的制备方法，包括步骤：首先采用阳极氧化法在金属基板上形成二氧化钛薄膜，洗脱溶剂烘干后，再将过渡金属溶液和非金属元素溶液混合，在中性条件下，采用电解法将已形成的二氧化钛薄膜进行改性，改性后的二氧化钛薄膜加热到400℃-500℃即制得所述改性光催化剂。中国专利技术专利CN101590403公开了一种化工
的多功能耦合催化剂及其制备方法；该催化剂由具有高吸附性的催化剂载体和负载在催化剂载体上的催化剂组成，所述催化剂的组分及重量百分比为：具有光催化活性的主催化剂55.0％～98.0％，余量为具有氧化还原催化能力的金属氧化物助催化剂；该多功能耦合催化剂的制备方法包括如下步骤：利用主催化剂和助催化剂制备前驱溶液；将前驱溶液通过浸渍负载到高吸附性的催化剂载体上；50～500℃加热干燥，得到多功能耦合催化剂。中国专利技术专利CN104258873A公开了一种复合臭氧催化氧化催化剂的制备方法，属于环境催化和水处理领域。其制备步骤如下：将陶粒用的NaOH溶液清洗、稀硝酸溶液浸渍，去离子水洗净至出水中性后烘干备用；以钛酸四丁酯为前驱体，将其与无水乙醇和抑制剂冰醋酸混合，再加入适量的水，制得溶液溶胶A；将一定量的硝酸锰、硝酸铁加入到无水乙醇中，配成溶液B；将溶液B缓慢滴加到溶液溶胶A中，搅拌，使钛酸四丁酯充分水解，得到溶液溶胶C；将准备好的陶粒浸渍在溶液溶胶C中，将溶液蒸发、干燥后，置于马弗炉中焙烧。中国专利技术专利CN101590403公开了一种化工
的多功能耦合催化剂及其制备方法；该催化剂由具有高吸附性的催化剂载体和负载在催化剂载体上的催化剂组成，所述催化剂的组分及重量百分比为：具有光催化活性的主催化剂55.0％～98.0％，余量为具有氧化还原催化能力的金属氧化物助催化剂；该多功能耦合催化剂的制备方法包括如下步骤：利用主催化剂和助催化剂制备前驱溶液；将前驱溶液通过浸渍负载到高吸附性的催化剂载体上；50～500℃加热干燥，得到多功能耦合催化剂。中国专利技术专利CN102240567A公开了一种室温或低温催化去除臭氧的掺杂氧化锰分子筛整体型催化剂及其制备方法，涉及催化和环境保护领域。其特征在于采用陶瓷蜂窝整体式作载体，以含掺杂铁的氧化锰分子筛为活性组分。掺杂铁的氧化锰分子筛特征在于具有Hollandite-型氧化锰八面体分子筛(OMS)的结构，孔道尺寸约为OMS引入铁离子形成掺杂铁的氧化锰分子筛。去除臭氧催化剂采用氧化还原-回流法制备得到。《TiO2/Mn-ZSM-5复合催化剂的光催化-臭氧耦合降解乙醛》报本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能环境净化复合材料，其特征是：该复合材料是一种包括分子筛载体、TiO2以及少量过渡金属氧化物的催化剂，所述TiO2和过渡金属氧化物负载在所述分子筛载体上。

【技术特征摘要】
2015.11.03 CN 20151073537041.一种多功能环境净化复合材料，其特征是：该复合材料是一种包括分子
筛载体、TiO2以及少量过渡金属氧化物的催化剂，所述TiO2和过渡金属氧化物
负载在所述分子筛载体上。
2.根据权利要求1所述的多功能环境净化复合材料，其特征是：所述的过
渡金属氧化物的负载量为0.05～10％，TiO2负载量为1～30％。
3.根据权利要求1所述的多功能环境净化复合材料，其特征是：所述的过
渡金属氧化物包括含Cu、Mn、Co、Ni、Ce、Zn和Fe的过渡金属氧化物中的一
种或几种。
4.权利要求1-3任一项所述的多功能环境净化复合材料的制备方法，其特
征是包括以下步骤：
(1)选取过渡金属盐前驱体，制备过渡金属盐前驱体溶液，在搅拌状态下，
将分子筛载体倒入所述过渡金属盐前驱体溶液中，制得浑浊液；
(2)在所述浑浊液中加入钛酸丁酯、浓酸、乙酰类有机溶剂，搅拌后，制
得A溶液；
(3)取无水乙醇，加水去离子水，混匀，制得B溶液；
(4)将B溶液滴加到A溶液中，剧烈搅拌混匀，形成稳定的溶胶体系；
(5)将步骤(4)中的溶胶体系放置陈化，溶胶体系经陈化后胶粒之间缓慢
聚合，TiO2和金属氧化物同时在分子筛载体上原位生长，形成三维空间网络结构
的凝胶，然后烘干和焙烧后，制得多功能环境净化复合材料。
5.根据权利要求4所述的多功能环境净化复合材料的制备方法，其特征是：
步骤(1)中采用无水乙醇制备过渡...

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