一种宽温度和高空速下分解臭氧的铈锰催化剂、制备方法及用途技术

本发明专利技术提供了一种宽温度和高空速下分解臭氧的铈锰催化剂、制备方法及用途，所述铈锰催化剂具有如下化学组成：CeMnaOx，所述CeMnaOx中a的值选自6～15之间的自然数，所述铈锰催化剂主要为Mn2O3和CeO2的复合氧化物。其制备方法包括：将含有铈源和锰源的溶液与过量的尿素混合，反应，得到沉淀产物，将沉淀产物洗至pH为中性，干燥，焙烧，得到铈锰催化剂。该铈锰催化剂可应用于宽温度和高空速的条件下，长时间高效分解臭氧；可应用于各种含有臭氧的气体的处理，有望用于建筑物外表面或机动车散热器等来解决大气中的臭氧污染问题，并可应用于高空飞行器解决臭氧污染问题。

Cerium manganese catalyst for decomposing ozone under wide temperature and high altitude speed, preparation method and Application

The invention provides a cerium manganese catalyst for ozone decomposition at wide temperature and high space velocity, a preparation method and application. The cerium manganese catalyst has the following chemical composition: CeMnaOx, the value of a in the CeMnaOx is selected from the natural number between 6 and 15, and the cerium manganese catalyst is mainly a composite oxide of Mn2O3 and CeO2. The preparation method includes: mixing the solution containing cerium and manganese with excessive urea, reacting to obtain precipitation product, washing the precipitation product to pH neutral, drying, calcining, and obtaining cerium manganese catalyst. The Ce-Mn catalyst can be used to decompose ozone efficiently at wide temperature and high space velocity for a long time; it can be used to treat various ozone-containing gases; it is expected to be used to solve the ozone pollution problem in the air on the exterior surface of buildings or motor vehicle radiators; and it can also be used to solve the ozone pollution problem in high-altitude aircraft.

【技术实现步骤摘要】
一种宽温度和高空速下分解臭氧的铈锰催化剂、制备方法及用途
本专利技术属于催化剂
，涉及一种铈锰催化剂、制备方法及用途，尤其涉及一种宽温度和高空速下分解臭氧的铈锰催化剂、制备方法及用途。
技术介绍
臭氧(O3)与氧气(O2)是氧元素的同素异形体，具有特殊的腥味，颜色呈现淡紫色，对于人类赖以生存的环境有双刃剑的作用。在平流层，臭氧能够抵挡对人体有害的紫外线直接照射地球，然而在近地表，臭氧会对人体的皮肤，免疫系统以及神经系统等产生不同程度的影响，因此我们必须高度重视臭氧的危害。2015年10月1日美国国家环境保护局(EPA)将臭氧排放标准由75ppb收紧至70ppb，我国室内空气标准(GB/T18883-2002)要求室内臭氧浓度一小时均值不能超过160ug/m3(～82ppb)。近年来，臭氧被广泛应用于医疗卫生，食品保鲜，水处理等行业，在使用过程中很容易造成残留，直接排放到大气中，并可能造成二次颗粒物形成加重雾霾，严重影响我们的生存环境。与此同时，在我们的生活区域内，打印机工作以及利用静电除尘技术的净化器和新风系统等都会产生臭氧，这些严重威胁着我们的身体健康。因此急需对臭氧进行无害化处理。目前处理臭氧的方法主要有：活性炭法、药液吸收法和催化法。其中催化分解臭氧具有安全、高效、经济、环保、无需更换耗材等优点，成为研究的重点。目前处理臭氧的催化剂主要可以分为含锰催化剂、含过渡金属催化剂、以及贵金属催化剂。但是现有的催化剂依旧存在着成本高，抗湿差，臭氧分解率低等问题。CN104001502A公开了一种室温高湿度下分解臭氧的铈锰催化剂、制备方法及其用途。所述铈锰催化剂具有如下化学组成：CeMnaOx，其中，a为1～8之间的自然数，所述方法包括如下步骤：(1)将二价锰源溶于去离子水中，充分搅拌至完全溶解，然后调节pH至4～5；(2)向步骤(1)得到的溶液中加入铈源，充分搅拌至固体完全溶解，然后缓慢滴加高锰酸钾水溶液，搅拌，随后将溶液移入高压水热釜中，在100℃下水热反应24h；(3)冷却，离心洗涤，干燥，得到室温高湿度下分解臭氧的铈锰催化剂。该铈锰催化剂在相对湿度为90％情况下，表现较高的臭氧催化分解活性，可用于室温高湿度下分解臭氧。CN107519861A公开了一种铈锰复合氧化物催化剂、其制备方法及其用途，所述铈锰复合氧化物催化剂具有如下化学组成：CeMnaOx，Mn的化合价态主要为+4价，且a的值选自10～25之间的自然数。该催化剂的制备方法包括：(1)将过硫酸铵与含有铈源和二价锰源的溶液混合，完全溶解后得到反应溶液；(2)将反应溶液进行水热反应，反应产物经后处理，得到固体产物；(3)将固体产物焙烧，得到所述铈锰复合氧化物催化剂。但是上述两种催化剂的制备均需要水热条件，能耗高，工艺复杂，且得到的催化剂用于催化臭氧分解时的温度条件比较严格，且长时间分解臭氧的效果不够好，还需要进一步的优化。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种宽温度和高空速下分解臭氧的铈锰催化剂、制备方法及用途，所述催化剂制备方法简便，工艺流程短，可应用于宽温度和高空速的条件下，并且适于宽湿度条件，能够长时间高效分解各种含有臭氧的气体，有望用于建筑物外表面或机动车散热器等来解决大气中的臭氧污染问题，并可应用于高空飞行器解决臭氧污染问题。本专利技术中所述宽温度和高空速分别是指温度区间为-10～100℃，空速不低于600,000h-1。所述宽湿度条件是指湿度不大于90％。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种铈锰催化剂，所述铈锰催化剂具有如下化学组成：CeMnaOx，所述CeMnaOx中a的值选自6～15之间的自然数，如6、7、8、9、10、11、12、13、14或15，所述铈锰催化剂主要为Mn2O3和CeO2的复合氧化物。本专利技术提供的铈锰催化剂通过XRD可检测到CeO2，主要为Mn2O3和CeO2的复合氧化物，而CN104001502A公开的催化剂主要为Ce掺杂的OMS-2(一种a-MnO2)结构，CN107519861A公开的催化剂主要为Ce掺杂的γ-MnO2，且CN104001502A和CN107519861A公开的催化剂中均检测不到CeO2。所述a的值在上述范围内，铈锰催化剂催化分解臭氧的效果好。所述铈锰催化剂在-10～100℃的温度区间、湿度在90％以下和高空速条件下(空速最高达2000,000h-1)能够长时间高效分解臭氧，分解效率在80％以上。所述铈锰催化剂的形貌为颗粒状。本专利技术的目的之二在于提供一种铈锰催化剂的制备方法，所述制备方法包括：将含有铈源和锰源的溶液与过量的尿素混合，反应，得到沉淀产物，将沉淀产物洗至pH为中性，干燥，焙烧，得到铈锰催化剂。所述过量的尿素是指尿素的加入量不小于将铈源和锰源沉淀所需的尿素量。上述制备方法得到的铈锰催化剂在-10～100℃的温度区间、湿度在90％以下和高空速条件下(空速最高达2000,000h-1)能够长时间高效分解臭氧，分解效率在80％以上。所述铈锰催化剂的形貌为颗粒状。所述铈锰催化剂具有如下化学组成：CeMnaOx，所述CeMnaOx中a的值可选自6～15之间的自然数，也可以是其它的数值，所述铈锰催化剂主要为Mn2O3和CeO2的复合氧化物。本专利技术提供的铈锰催化剂的制备方法使用尿素作为沉淀剂，无需调节溶液的pH，无需特殊的处理，通过简单的混合即可制备所需催化剂，大大简化了制备工艺。将所述尿素替换为其它的沉淀剂，得不到上述催化活性的铈锰催化剂。所述铈源选自硝酸铈、硫酸铈、醋酸铈或氯化铈中的一种或至少两种的混合物，典型但非限制性的组合如硝酸铈与硫酸铈，硝酸铈与醋酸铈，硫酸铈、醋酸铈与氯化铈。优选地，所述铈源浓度为0.01～0.05mol/L，如0.02mol/L、0.03mol/L或0.04mol/L等。优选地，所述锰源选自硝酸锰、硫酸锰、醋酸锰或氯化锰中的一种或至少两种的混合物，典型但非限制性的组合如硝酸锰与硫酸锰，醋酸锰与氯化锰，硝酸锰、硫酸锰与醋酸锰，硫酸锰、醋酸锰或氯化锰。优选地，所述锰源浓度为0.1～0.5mol/L，如0.1mol/L、0.02mol/L、0.3mol/L或0.4mol/L等。优选地，所述铈源中的铈与锰源中的锰的摩尔比为1:(6～15)，如1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14或1:15等。摩尔比在这一范围时制备的铈锰催化剂催化活性较高。优选地，尿素与含有铈源和锰源的溶液的固液比为0.15～0.3g/L，如0.18g/L、0.19g/L、0.23g/L、0.25g/L或0.27g/L等。所述反应的温度为60～100℃，如62℃、65℃、68℃、73℃、78℃、85℃、89℃、91℃或96℃等。所述反应温度下尿素均匀的水解，有利于铈和锰均匀的沉淀出来。优选地，所述反应的时间为8～24h，如8.5h、9.2h、12.0h、15.0h、18.6h、22.3h或23.5h等。优选地，所述反应过程中以400-800r/min的速度进行进行搅拌，如搅拌速度为450r/min、500r/min、600r/min、750r/min或780r/min等。用水将沉淀产物洗至pH为中性，去除残留离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铈锰催化剂，其特征在于，所述铈锰催化剂具有如下化学组成：CeMnaOx，所述CeMnaOx中a的值选自6～15之间的自然数，所述铈锰催化剂主要为Mn2O3和CeO2的复合氧化物。

【技术特征摘要】
1.一种铈锰催化剂，其特征在于，所述铈锰催化剂具有如下化学组成：CeMnaOx，所述CeMnaOx中a的值选自6～15之间的自然数，所述铈锰催化剂主要为Mn2O3和CeO2的复合氧化物。2.根据权利要求1所述的铈锰催化剂，其特征在于，所述铈锰催化剂为颗粒状。3.一种铈锰催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将含有铈源和锰源的溶液与过量的尿素混合，反应，得到沉淀产物，将沉淀产物洗至pH为中性，干燥，焙烧，得到铈锰催化剂。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铈源选自硝酸铈、硫酸铈、醋酸铈或氯化铈中的一种或至少两种的混合物；优选地，所述铈源浓度为0.01～0.05mol/L；优选地，所述锰源选自硝酸锰、硫酸锰、醋酸锰或氯化锰中的一种或至少两种的混合物；优选地，所述锰源浓度为0.1～0.5mol/L；优选地，所述铈源中的铈与锰源中的锰的摩尔比为1:(6～15)；优选地，尿素与含有铈源和锰源的溶液的固液比为0.15～0.3g/L。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为60～100℃；优选地，所述反应的时间为8...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺泓，马金珠，李晓彤，张长斌，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11