一种分解臭氧的催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种分解臭氧的催化剂及其制备方法。所述催化剂包含：硅藻土；和负载于硅藻土上的Fe掺杂氧化锰；其中氧化锰中的Mn元素占催化剂总质量的质量比例为2～10％。该催化剂的制备方法包括以下步骤：(1)将硅藻土浸泡于乙酸锰和铁盐的混合溶液中，使硅藻土均匀分散于该溶液中，硅藻土的加入量为25‑200g/L；和(2)将硅藻土从溶液中分离，烘干后煅烧，得到所述催化剂。

A catalyst for decomposition of ozone and its preparation method

The invention discloses a catalyst for decomposition of ozone and a preparation method. The catalyst contains diatomite and Fe doped manganese oxide on diatomite, and Mn content in manganese oxide accounts for 2 to 10% of total mass of catalyst. The preparation method of the catalyst comprises the following steps: (1) the mixed solution of diatomite soaked in acetic acid manganese and iron, the diatomite uniformly dispersed in the solution, adding diatomite was 25 200g/L; and (2) will be separated from the diatomite solution, drying and calcination, obtained the catalyst.

【技术实现步骤摘要】
一种分解臭氧的催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种用于空气净化的催化剂材料及其制备方法，尤其涉及一种具备加速臭氧分解速度的复合催化剂材料及其制备方法。
技术介绍
臭氧(O3)是大气中的一种微量气体，在地球大气层不同高度中均有分布。臭氧可由氧气分子(O2)经紫外光照或电离产生。在地球表面20-35千米高度的臭氧层通过吸收紫外线对地表生物起到保护作用，而地表附近的一定浓度的臭氧对人体健康不利，是目前环保部空气质量监控指标之一。由于臭氧有比较强的氧化作用，空气中0.1mg/m3浓度的臭氧会刺激喉头、鼻腔等器官，0.2mg/m3浓度的臭氧会诱发呼吸系统疾病并导致眼睛不适。地表附近臭氧的来源较多，高温天气下可挥发性有机物(VOCs)经光化学反应可生成臭氧，是夏季室外臭氧污染的主要来源。除了室外扩散进来的臭氧，室内臭氧污染还来自打印机、复印机、静电除尘设备等等带有紫外光源或高压静电的电器。此外，具有强氧化性的臭氧(O3)常用于灭菌消毒，广泛应用于工业消毒、污水处理、室内空气净化等领域，这些过程中残余或逃逸的臭氧分子也构成一定的污染。如果不进行处理，臭氧浓度累积带来的不愉快的味道不但影响居住者心情，高浓度下还会影响身体健康。尽管热力学上臭氧分子转化为氧气分子的反应在室温附近是热力学的自发反应，其自由能变化为由于动力学障碍的存在，臭氧表现相对稳定，需要催化或升高温度才能分解。目前实际应用的去除臭氧的方法包括药剂吸收、光催化和催化分解等。药剂吸收法将含有臭氧的气体通过液体或固体试剂，通过化学反应或吸附将其去除。这种方法的主要缺陷在于药剂寿命有限、需要定期更换。光催化法需要包括光源在内的专门设备。而通过使用催化剂通过降低臭氧分解反应的活化能达到加速反应的目的，以比较简单的方式降低臭氧浓度，是技术上较为可行的方法。尽管催化分解法表现出技术上较多的优势，但目前应用的臭氧催化剂仍存在不足。传统上使用贵金属作为催化剂，虽然催化效率高，但高昂的成本限制了推广使用。使用氧化铜、氧化锰等过渡金属氧化物尽管价格低廉，但效率不高，特别是室温附近的臭氧分解反应效率难以达到实用的要求，往往需要加热单元升温以提高效率。为此，湘潭大学的专利技术专利申请“一种常温快速分解臭氧的催化剂及其制备方法”(申请号：CN201610420650.0)公布了一种过渡金属氧化物与蜂窝陶瓷、ZSM-5或SBA-15复合材料催化剂，发现只有载体表面首先涂敷一层的γ-Al2O3涂层，过渡金属氧化物才能发挥室温催化降解臭氧的功能。CN201610543720.1公布了一种锰铜复合催化剂，将高锰酸钾溶液、MnII盐、CuII盐溶液混合后经一系列步骤得到，但产物需经过低温冷冻干燥获得，工艺较为特殊。专利技术专利“一种净化符合空气污染物的装置和方法”(申请号：CN201611008095.7)将氧化锰和贵金属同时负载于载体上起到分解空气污染物作用，因使用贵金属导致成本过高。催化材料研究方面，还出现了活性炭负载的各类贵金属或氧化物材料作为臭氧分解的催化剂，然而由于低浓度的臭氧也能将活性炭氧化(催化学报，2008，29(4)，335-340)，从而导致催化剂载体的消耗和寿命不高。
技术实现思路
本专利技术提供一种分解臭氧的催化剂，包含：硅藻土；和负载于硅藻土上的Fe掺杂氧化锰；其中氧化锰中的Mn元素占催化剂总质量的质量比例为2～10％。本专利技术还提供一种制备分解臭氧的催化剂的方法，包括以下步骤：(1)将硅藻土浸泡于乙酸锰和铁盐的混合溶液中，使硅藻土均匀分散于该溶液中，硅藻土的加入量为25-200g/L；和(2)将硅藻土从溶液中分离，烘干后煅烧，得到所述催化剂。附图说明图1是实施例1所制备复合材料的X射线粉末衍射图谱。图2是实施例1所制备复合材料的扫描电镜照片。具体实施方式针对目前臭氧分解反应催化剂活性不够高的问题，本专利技术提供一种在室温下有较高催化活性的复合材料催化剂，其制备方法简便，有利于工业生产。本专利技术的目的可通过以下技术方案来实现。本申请提供一种分解臭氧的催化剂，包含：硅藻土；和负载于硅藻土上的Fe掺杂氧化锰；其中氧化锰中的Mn元素占催化剂总质量的质量比例为2～10％。在一些实施方案中，催化剂中Fe掺杂氧化锰中的Mn元素占催化剂总质量的质量比例为大于2.2％或大于2.4％，且小于8％或小于6％，例如可以为2.5％、3％、4％、5％、6％、7％或8％。在一些实施方案中，催化剂中Fe掺杂氧化锰以颗粒形式生长在硅藻土的孔道结构表面。在一些实施方案中，催化剂中Fe掺杂氧化锰中Fe/Mn的摩尔比为1∶(3-50)，在另一些实施方案中为1∶(5-30)，在又一些实施方案中为1∶(8-25)。在一些实施方案中，催化剂中氧化锰可以为晶态或非晶态，并且可以为选自以下各项中的一种或多种：MnO、MnO2、Mn3O4、非晶态Mn的非整数计量比氧化物。在本申请中，非晶态Mn的非整数计量比氧化物是指以非晶态存在的Mn的氧化物，其组成可以由式MnxOy表示，其中y∶x介于1.5～2.0之间。在一些实施方案中，催化剂中氧化锰为Mn3O4晶体。在一些实施方案中，催化剂中硅藻土的比表面积为10-100m2/g，在另一些实施方案中为15-80m2/g，在又一些实施方案中为20-60m2/g；和/或室温下吸水率30％-150％，在另一些实施方案中为50％-100％。本申请还提供一种制备分解臭氧的催化剂的方法，包括以下步骤：(1)将硅藻土陶粒浸泡于乙酸锰和铁盐的混合溶液中，使硅藻土颗粒均匀分散于该溶液中，硅藻土的加入量为25-200g/L；和(2)将硅藻土从溶液中分离，烘干后煅烧，得到所述催化剂。在一些实施方案中，其中在步骤(1)中将包含硅藻土的溶液用搅拌或超声处理15分钟～3小时，使溶液进入硅藻土孔道结构内部。在一些实施方案中，其中混合溶液中乙酸锰的质量浓度为8-32％，在另一些实施方案中为10-25％；混合溶液中Fe与Mn的摩尔比例为1∶(，3-50)，在另一些实施方案中为1∶(5-30)，在又一些实施方案中为1∶(8-20)。在一些实施方案中，其中铁盐包含Fe(II)或Fe(III)的硝酸盐或卤盐。在一些实施方案中，其中铁盐包含硝酸铁、硝酸亚铁、氯化铁或氯化亚铁。在一些实施方案中，煅烧在空气中进行；煅烧温度为200℃-400℃；煅烧时间为15分钟～3小时。本申请中，通过将硅藻土陶粒完全浸泡于乙酸锰和铁盐混合溶液中以使得溶液进入陶粒孔道结构内部，过滤后将陶粒烘干并煅烧，即得到所述硅藻土负载掺杂氧化锰的复合材料催化剂。提供臭氧催化反应活性位点的Fe掺杂氧化锰负载于多孔结构的硅藻土陶粒孔道结构内外的表面上，其负载量受硅藻土陶粒的吸水量大小影响。在一些实施方案中，硅藻土的比表面积介于10-100m2/g之间，在另一些实施方案中为15-80m2/g，在又一些实施方案中为20-60m2/g；硅藻土的室温下吸水率为30％-150％，在另一些实施方案中为50％-100％。若硅藻土陶粒在前期制备过程中烧结过度导致孔体积较小，则难以负载足够的掺杂氧化锰。所述Fe掺杂氧化锰与硅藻土的复合材料应用于空气中臭氧的催化分解反应，可以在室温获得良好的分解效率。不受任何理论的束缚，本专利技术的原理可能为如下所述：本专利技术的复合材料是臭氧分解反应更佳的催本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分解臭氧的催化剂，包含：硅藻土；和负载于硅藻土上的Fe掺杂氧化锰；其中氧化锰中的Mn元素占催化剂总质量的质量比例为2～10％。

【技术特征摘要】
1.一种分解臭氧的催化剂，包含：硅藻土；和负载于硅藻土上的Fe掺杂氧化锰；其中氧化锰中的Mn元素占催化剂总质量的质量比例为2～10％。2.根据权利要求1所述的催化剂，其中Fe掺杂氧化锰以颗粒形式生长在硅藻土的孔道结构表面。3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其中Fe掺杂氧化锰中Fe/Mn的摩尔比为1∶(3-50)。4.根据权利要求1-3中任一项所述的催化剂，其中氧化锰为晶态或非晶态，并且为选自以下各项中的一种或多种：MnO、MnO2、Mn3O4、非晶态Mn的非整数计量比氧化物，特别地，其中氧化锰为Mn3O4晶体。5.根据权利要求1-4中任一项所述的催化剂，其中硅藻土的比表面积为10-100m2/g，和/或室温下吸水率为30％-150％。6.一种制备分解臭氧的催化剂的方法，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：李松，秦高梧，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21