用于臭氧分解的催化剂的制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于臭氧分解的催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1，在高锰酸盐水溶液中加入还原剂，加热并持续搅拌得到水钠锰矿型二氧化锰；以及S2，在铵盐水溶液中加入所述水钠锰矿型二氧化锰，加热并持续搅拌，反应得到所述催化剂。

【技术实现步骤摘要】
用于臭氧分解的催化剂的制备方法
本专利技术涉及催化剂领域，尤其涉及一种用于臭氧分解的催化剂的制备方法。
技术介绍
臭氧是一种常见的空气污染物，长期接触低浓度的臭氧就会对人体健康产生影响。在具有复印机和打印机的办公室和配备静电除尘或离子化空气净化器的室内空间都会有臭氧污染物产生。我国于2012年更新的《环境空气质量标准》(GB3095-2012)规定，日最高8小时平均臭氧浓度限值为100μg/m3(一级标准)和160μg/m3(二级标准)，1小时平均臭氧浓度限值为160μg/m3(一级标准)和200μg/m3(二级标准)。另外，我国《家用和类似用途电器的抗菌、除菌、净化功能空气净化器的特殊要求》(GB21551.3-2010)中还规定，空气净化器所产生的有害物质：臭氧浓度(出风口5cm处)不得高于100μg/m3。所以，降低室内臭氧污染物的浓度非常有必要。许多学者很早就开始关注臭氧的去除，迄今为止所报道的臭氧去除方法有热分解法、活性炭吸附法、药液吸收法等，但普遍存在能耗高、二次污染等问题。常温催化分解是人们公认的最有潜力和应用前景的臭氧分解方法，这种技术的关键在于高性能催化剂的制备。在实际应用领域研究的催化剂以锰氧化物居多，因其活性相对较高。但在臭氧分解过程中，催化剂的失活，尤其是实际空气中共存的水汽等易导致催化剂的活性大幅度下降(AppliedCatalysisB:Environmental,1997,14(1-2),117-129)是限制其实用化的主要障碍。近年有研究(CatalysisCommunications,2015,59,156-160)对体相氧化锰催化分解臭氧的反应进行了报道：在66h的试验中，在入口臭氧浓度约10000ppm、相对湿度40％(25℃)和空速12L·g-1·h-1条件下，其合成的Fe改性的α-MnO2展现了优良的臭氧分解性能。但其采用的水热合成方式难以实现大批量生产。贵金属与过渡金属氧化物复合型似乎是目前报道的最为稳定的臭氧分解催化剂，但这些催化剂都已经被保护，例如Engelhard公司的Pd-MnO2催化剂、UOP公司的氧化铝上负载的Pd-Pt催化剂等都已经有专利保护，其中Engelhard公司的臭氧分解催化剂(PremAir)已经应用到汽车和室内空气净化器中。总的来看，国外一些公司已经开发了一些有较长寿命的臭氧分解催化剂。国内虽然也有不少单位开展了臭氧分解催化剂的研究工作，但是国内至今未有可实际应用的臭氧分解材料，目前所用的臭氧分解催化剂都从国外进口。另一方面，常用的臭氧分解催化剂在潮湿环境中的寿命较短，因此，寻求一种在潮湿环境下具有良好催化稳定性的臭氧分解催化剂很有必要。
技术实现思路
基于此，有必要提供能在潮湿环境下具有良好的催化稳定性的催化剂的制备方法。一种催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1，在高锰酸盐水溶液中加入还原剂，加热并持续搅拌得到水钠锰矿型二氧化锰；以及S2，在铵盐水溶液中加入所述水钠锰矿型二氧化锰，加热并持续搅拌，反应得到所述催化剂。在其中一个实施例中，所述铵盐为硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、碳酸铵和碳酸氢铵中的至少一种。在其中一个实施例中，所述铵盐水溶液的浓度为5至400g/L。在其中一个实施例中，所述步骤S1的加热温度为25至90℃。在其中一个实施例中，所述高锰酸盐为高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸铵中的至少一种。在其中一个实施例中，所述高锰酸盐水溶液的浓度为0.1至100g/L。在其中一个实施例中，所述还原剂与所述高锰酸盐的质量比为0.4至15。在其中一个实施例中，所述还原剂为甲醇、乙醇和乙二醇中的至少一种。在其中一个实施例中，所述步骤S2的加热温度为25至90℃。在其中一个实施例中，所述步骤S1后进一步包括至少一次对所述水钠锰矿型二氧化锰进行过滤、洗涤及干燥中的至少一个处理步骤。在其中一个实施例中，所述步骤S2后进一步包括对所述催化剂进行烘干，所述烘干温度为60～300℃。在其中一个实施例中，所述烘干温度为100～150℃。提供一种用于臭氧分解的催化剂的制备方法，包括以下步骤：在高锰酸盐溶液中加入铵盐与还原剂，加热并持续搅拌得到所述催化剂。在其中一个实施例中，进一步包括对所述催化剂进行烘干，所述烘干温度为100～150℃。上述用于臭氧分解的催化剂的制备方法，使用铵盐对水钠锰矿型二氧化锰进行处理，提高了水钠锰矿型二氧化锰催化剂的比表面积，提升了催化剂表面的氧缺陷，还使催化剂的表面酸性位增加，从而提升了水钠锰矿型二氧化锰催化剂的催化活性，制备出的催化剂在潮湿的环境下仍能保持对臭氧分解反应的良好的催化效果。附图说明图1为本申请实施例催化剂的制备方法的流程图；图2a、2b为实施例1制备的催化剂样品的扫描电子显微镜照片；图2c为实施例2制备的催化剂样品的扫描电子显微镜照片；图2d实施例1制备的催化剂样品的透射电子显微镜照片；图2e为实施例2制备的催化剂样品的透射电子显微镜照片；图3为实施例3制备的催化剂样品的XRD谱图；图4为实施例3制备的催化剂样品的ATR-FTIR谱图；图5为实施例3制备的催化剂样品的XPS谱图；图6为相同条件下不同催化剂对臭氧去除的性能对比数据；图7为实施例3制备的催化剂样品在不同湿度条件下的臭氧去除率；图8为实施例3制备的催化剂样品的寿命曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，提供一种在潮湿环境下能稳定地催化臭氧分解的催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1，在高锰酸盐水溶液中加入还原剂，加热并持续搅拌得到水钠锰矿型二氧化锰；以及S2，在铵盐水溶液中加入所述水钠锰矿型二氧化锰，加热并持续搅拌，反应得到所述催化剂。上述用于臭氧分解的催化剂的制备方法，使用铵盐对水钠锰矿型二氧化锰进行处理，由于NH4+离子在溶液中对形成的水钠锰矿型二氧化锰的结构有一定的破坏，从而提高了水钠锰矿型二氧化锰催化剂的比表面积和催化剂表面的氧缺陷，还使催化剂的表面酸性位增加，从而提升了水钠锰矿型二氧化锰催化剂的催化活性，制备出的催化剂在潮湿的环境下仍能保持对臭氧分解反应的良好的催化效果，制备过程无需高温高压，具有制备工艺简单，成本低廉的优点，且制得的催化剂在潮湿的环境下仍能保持对臭氧分解反应的良好的催化效果。在步骤S1中，高锰酸盐优选为高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸铵中的至少一种。高锰酸盐水溶液的浓度优选为0.1至100g/L。还原剂能够将高锰酸盐还原为氧化锰，优选为甲醇、乙醇和乙二醇中的至少一种。高锰酸盐与还原剂的质量比优选为0.4至15。为保证在步骤S1的加热过程中高锰酸盐不发生分解，步骤S1的加热方式优选为水浴加热，加热温度优选为25～90℃，更优选为40℃～80℃，步骤S1完成后，反应体系中，水钠锰矿型二氧化锰的固含量优选为40～60g/L。步骤S1可以在常压下进行。在步骤S1后，优选的，还包括对水钠锰矿型二氧化锰的过滤、洗涤及干燥处理中的至少一种处理过程，对水钠锰矿型二氧化锰上残留的溶剂和/或还原剂进行进一步地清除。在上述用于臭氧分解的催化剂的制备方法中，步骤S2的加热方式优选为水浴加热，使用水浴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于臭氧分解的催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1，在高锰酸盐水溶液中加入还原剂，加热并持续搅拌得到水钠锰矿型二氧化锰；以及S2，在铵盐水溶液中加入所述水钠锰矿型二氧化锰，加热并持续搅拌，反应得到所述催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于臭氧分解的催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1，在高锰酸盐水溶液中加入还原剂，加热并持续搅拌得到水钠锰矿型二氧化锰；以及S2，在铵盐水溶液中加入所述水钠锰矿型二氧化锰，加热并持续搅拌，反应得到所述催化剂。2.根据权利要求1所述的用于臭氧分解的催化剂的制备方法，其特征在于，所述铵盐为硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、碳酸铵和碳酸氢铵中的至少一种。3.根据权利要求1所述的用于臭氧分解的催化剂的制备方法，其特征在于，所述铵盐水溶液的浓度为5至400g/L。4.根据权利要求1所述的用于臭氧分解的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1的加热温度为25至90℃。5.根据权利要求1所述的用于臭氧分解的催化剂的制备方法，其特征在于，所述高锰酸盐为高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸铵中的至少一种。6.根据权利要求1所述的用于臭氧分解的催化剂的制备方法，其特征在于，所述高锰酸盐水溶液的浓度为0.1至100g/L。7.根据权利要求1所述的用于臭氧分解的催化剂的制备方法，其特征在于，所述还原剂与所述高锰酸盐的质量比为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彭义，曹冉冉，刘阳，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11