一种臭氧催化剂的制备方法及其制备的臭氧催化剂和应用技术

本发明专利技术公开了一种臭氧催化剂的制备方法及其制备的臭氧催化剂和应用。本发明专利技术的制备方法包括如下步骤：将醋酸锰前驱体溶液加入到焙烧处理后的蜂窝活性炭中，边滴边搅拌，等体积浸渍将Mn负载于蜂窝活性炭，将锰负载活性炭在室温下老化，老化样品干燥后在惰性气体氛围下焙烧即得臭氧催化剂。本发明专利技术可在较低温度下可得到稳定存在的二价锰，并且采用蜂窝活性炭作为载体，比表面积大，极大地提高了臭氧催化剂中二价锰的分散度，可有效提升催化剂对臭氧的催化分解性能，可实现在较高空速和湿度条件下对臭氧的有效去除，高效稳定，且蜂窝活性炭价格低廉，易于成型，适用于各种形状类型的反应器，更适合大型室内和工业的使用，具有更广阔的工业应用前景。

Preparation and application of an ozone catalyst

The invention discloses a preparation method of an ozone catalyst, an ozone catalyst prepared by the method and its application. The preparation method of the invention comprises the following steps: adding the solution of manganese acetate precursor into the calcined honeycomb activated carbon, stirring while dripping, loading Mn on the honeycomb activated carbon by equal volume impregnation, aging the manganese supported activated carbon at room temperature, and calcining the aged sample in inert gas atmosphere after drying to obtain the ozone catalyst. The invention can obtain stable divalent manganese at lower temperature, and uses honeycomb activated carbon as carrier, which has large specific surface area, greatly improves the dispersion of divalent manganese in ozone catalyst, effectively improves the catalytic decomposition performance of the catalyst for ozone, achieves the effective removal of ozone under higher space velocity and humidity conditions, and has high efficiency and stability, and the price of honeycomb activated carbon. It is cheap, easy to shape, suitable for various types of reactors, more suitable for large indoor and industrial use, and has a broader industrial application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种臭氧催化剂的制备方法及其制备的臭氧催化剂和应用
本专利技术涉及金属氧化物催化剂
，更具体地，涉及一种臭氧催化剂的制备方法及其制备的臭氧催化剂和应用。
技术介绍
空气污染是全球众多城市目前面临着的严重环境问题，也是全球性的主要健康风险之一。在气态污染物中，臭氧问题日益突出。现有的臭氧去除技术主要有活性炭吸附法、电磁波辐射分解法、药液吸收法、热分解法、催化分解法等，上述方法各有优劣，其中催化分解法相较于其他几种方法具有能耗低、可重复利用等优势。国内近年来也开展了一系列的臭氧分解的研究工作，臭氧分解在应用推广方面面临以下几个问题：(1)实际应用中，所采用的的空速较高，大多要达到100000h-1以上，而现有臭氧催化分解大都只适应低空速；(2)实际应用中，不可避免存在一些恶劣情况，如高湿度，而而现有臭氧催化分解大都只适应湿度较低的条件；(3)国内适应实际应用的臭氧分解专利多为具体的装置而构造，很少涉及臭氧分解催化剂的研究；(4)实际应用中，催化剂的形态受限，现有臭氧催化分解催化剂多采用粉末状，而在实际实际应用中，会大大提高空气阻力。且大多数臭氧催化剂的臭氧高效处理成分的含量有限，不能达到很好的处理效果。现有技术CN107876062A公开了一种臭氧催化剂的制备方法及其产品和应用，其中催化剂载体是表面长有氧化锌纳米颗粒的活性炭载体，且其主要是为了提高催化剂的负载量，以提高对水处理的效果，并未解决催化剂的有效成分含量不高的问题，且并未针对高空速和湿度的气体臭氧净化处理。因此，本专利技术提供一种臭氧催化剂的制备方法，对于提升臭氧催化剂的催化性能，在较大空速、一定湿度下实现对臭氧的有效去除具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有臭氧催化剂催化性能的不足及在高空速及湿度条件下催化效果不佳的缺陷，提供一种臭氧催化剂的制备方法。本专利技术的制备方法通过特定的焙烧条件的选择，得到具有臭氧高效催化的MnO成分，并且采用蜂窝活性炭作为载体，具有巨大的比表面积，极大地提高了臭氧催化剂中二价锰的分散度，可有效提升催化剂对臭氧的催化分解性能，可实现在较高空速和湿度条件下对臭氧的有效去除，高效稳定。除此之外，蜂窝活性炭价格低廉，易于成型，适用于各种形状类型的反应器，更适合大型室内和工业的使用，具有更广阔的工业应用前景。蜂窝活性炭不仅可以起到很好的负载作用，且可以进一步对锰前驱体进行还原处理，在一定的煅烧条件下得到具有臭氧高效催化的MnO成分。本专利技术的另一目的是提供一种由上述方法制备的臭氧催化剂。本专利技术的又一目的在于提供一种上述臭氧催化剂在在室内和工业臭氧催化分解中的应用。本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：一种臭氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：S1.锰负载：制备Mn的质量分数为1～5％的醋酸锰前驱体溶液，将醋酸锰前驱体溶液加入到焙烧处理后的蜂窝活性炭中，边滴边搅拌，等体积浸渍将Mn负载于蜂窝活性炭；S2.老化处理：将上述S1中的锰负载活性炭在室温下老化≥6h；S3.焙烧处理：将上述S2的老化样品干燥后在惰性气体氛围下，700～900℃温度下焙烧3h，即得臭氧催化剂。本专利技术的制备方法采用经焙烧前处理的蜂窝活性炭为载体，通过等体积浸渍法将Mn负载于煤质活性炭，由此方法得到的催化剂具有良好的臭氧分解性能，在高空速和一定湿度下，300min内能保持95％左右的降解率。在本专利技术的制备方法中，将得到的锰氧化物在一定温度的焙烧下，还原成MnO，在较低温度下即可得到二价锰，并且采用蜂窝活性炭作为载体，具有巨大的比表面积，可有效提升催化剂对臭氧的催化分解性能。此外，蜂窝活性炭价格低廉，易于成型，适用于各种形状类型的反应器，具有更大的工业应用前景。本专利技术的制备方法可以在较低温度下得到MnO，并且在700～900℃下处理的MnO/AC对于臭氧分解具有良好的臭氧分解性能，在此温度下可以得到更多的表面氧含量以及更小的MnO颗粒有关。优选地，S3中所述焙烧处理温度为900℃，焙烧时间为3h。在本专利技术的还原性载体活性炭的作用下，在焙烧的过程中可将Mn还原成具有更高的臭氧处理效率的在MnO，在900℃的条件下可全部生成MnO，使得催化剂的效率达到最佳。优选地，S1中所述蜂窝活性炭的比表面积为≥600m2/g。优选地，S1中所述蜂窝活性炭的焙烧处理条件为：在氮气氛围下，300-600℃焙烧2～3h。焙烧处理的目的在于去除蜂窝活性炭里面的杂质，具体的焙烧工艺的选择原因是保证蜂窝活性炭的杂质去除的同时不破坏活性炭的结构。优选地，S1中边滴边搅拌的具体操作为：滴加一滴后搅拌1～3min，再加下一滴。边滴边搅拌是为了让醋酸锰负载更加均匀。优选地，醋酸锰前驱体溶液的Mn的质量分数为1～5％。一种由上述任意一项所述制备方法方法制备得到的臭氧催化剂也在本专利技术的保护范围之内。本专利技术的臭氧催化剂不仅能能有效提升催化剂对臭氧的催化分解性能，表面氧含量高，颗粒均匀分散。该催化剂可实现在较高空速、一定湿度条件下对臭氧的有效去除，简单高效，效果相对稳定，对环境条件要求不高，更适合大型室内和工业的使用。进一步地，本专利技术的催化剂对于实验装置无特别要求，侧重于催化剂本身的催化效果调控，更具有普适性。一种本专利技术的臭氧催化剂在室内和工业臭氧催化分解中的应用，所述臭氧催化分解的空速为100000h-1～600000h-1。例如可以为600000h-1。优选地，所述臭氧催化分解应用的空气湿度为0～50％RH。例如可以为45％RH或50％RH。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的臭氧催化剂的制备方法的焙烧条件为700～900℃氮气氛围，在较低温度下即可得到二价锰，在此焙烧条件下可全部生成对臭氧有高效分解性能的低价锰，并且催化剂表面氧含量高，颗粒均匀分散；(2)本专利技术的臭氧催化剂的制备方法采用焙烧前处理的蜂窝活性炭为载体，具有巨大的比表面积，极大地提高了臭氧催化剂中二价锰的分散度，可有效提升催化剂对臭氧的催化分解性能；(3)本专利技术的臭氧催化剂可实现在较高空速、一定湿度条件下对臭氧的有效去除，简单高效，效果相对稳定，对环境条件要求不高，更适合大型室内和工业的使用(4)本专利技术的臭氧催化剂对于实验装置无特别要求，侧重于催化剂本身的催化效果调控，更具有普适性。附图说明图1为连续流动方式固定床反应装置。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非另有说明，本专利技术实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。实施例1一种臭氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：S1.锰负载：根据5％的锰含量称取一定量的前驱体醋酸锰，溶解于一定量的去离子水中(根据等体积浸渍法，测定载体的吸水率)，将所得溶液逐滴加入到焙烧处理(600℃、N2、2h)后的蜂窝活性炭中，蜂窝活性炭的比表面积为648.5m2/g，滴一滴，然后搅拌2min左右，再加下一滴；S2.老化处理：将充分搅拌后的样品在室温下老化12h；S3.焙烧处理：将上述S2的老化样品在100℃下干燥12h，在700℃，氮气氛围下焙烧3h，即得臭氧催化剂MnO/AC催化剂。实施例2一种臭氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：S1.锰负载：根据5％的锰含量称取一定量的前驱体醋酸锰，溶解于一定量的去离子水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种臭氧催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.锰负载：制备Mn的质量分数为1～5％的醋酸锰前驱体溶液，将醋酸锰前驱体溶液加入到焙烧处理后的蜂窝活性炭中，边滴边搅拌，等体积浸渍将Mn负载于蜂窝活性炭；S2.老化处理：将上述S1中的锰负载活性炭在室温下老化≥6h；S3.焙烧处理：将上述S2的老化样品干燥后在惰性气体氛围下，700～900℃温度下焙烧3h，即得臭氧催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种臭氧催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.锰负载：制备Mn的质量分数为1～5％的醋酸锰前驱体溶液，将醋酸锰前驱体溶液加入到焙烧处理后的蜂窝活性炭中，边滴边搅拌，等体积浸渍将Mn负载于蜂窝活性炭；S2.老化处理：将上述S1中的锰负载活性炭在室温下老化≥6h；S3.焙烧处理：将上述S2的老化样品干燥后在惰性气体氛围下，700～900℃温度下焙烧3h，即得臭氧催化剂。2.如权利要求1所述臭氧催化剂的制备方法，其特征在于，S3中所述焙烧处理温度为900℃，焙烧时间为3h。3.如权利要求1所述臭氧催化剂的制备方法，其特征在于，S1中所述蜂窝活性炭的比表面积为≥600m2/g。4.如权利要求3所述臭氧催化剂...

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