一种δ-MnO2/AC复合催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种δ

【技术实现步骤摘要】
一种
δ
‑
MnO2/AC复合催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及金属氧化物催化剂
，更具体地，涉及一种δ
‑
MnO2/AC复合催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]臭氧污染是近年来全球最为突出的大气污染问题，过高浓度的臭氧不仅会使物品氧化，减少其使用寿命，还会通过通风扩散等作用进入室内，对人体健康产生严重危害。研究表明，臭氧会诱发咽喉癌等多种疾病，因此近年来臭氧污染的控制和消除重新受到极大的关注，臭氧治理迫在眉睫。
[0003]目前，臭氧治理主要采用催化分解法，所用催化剂主要包括负载型催化剂和金属氧化物催化剂，其中负载型催化剂通常指活性组分负载到结构稳定、高比表面积的载体上而得到的催化剂；金属氧化物催化剂主要包括贵金属和过渡金属氧化物催化剂。相较于贵金属催化剂的高成本，过渡金属氧化物催化剂是一种相对廉价的臭氧分解催化剂，尤其锰氧化物催化剂由于其价格低廉、材料易得、催化性能优异等特点，广泛应用于臭氧分解领域。
[0004]例如，现有技术中公开了一种高效耐湿臭氧分解催化剂及其制备方法，采用溶胶凝胶法制备出锰、铜、镍和钴的氧化物全活性组分催化剂，通过添加柠檬酸提高催化剂的活性，通过添加阳离子表面活性剂并控制酸碱度提高催化剂的抗湿性，但该制备方法复杂且所制得的催化剂受环境湿度影响大，水分子会和臭氧分子竞争吸附在活性位点，使催化剂快速失活，所以臭氧分解催化剂耐湿性有待进一步提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是克服现有锰氧化物催化剂在高湿度环境中对臭氧分解效果较差的缺陷和不足，提供一种δ
‑
MnO2/AC复合催化剂的制备方法，以活性炭为载体原位还原KMnO4活性组分前驱体，然后在空气氛围中煅烧处理调控MnO2的晶型，增加表面氧空位数量和减少水的竞争吸附，从而提高所制得催化剂的疏水性和催化活性，进而提高其在高湿度环境中对臭氧的分解效果。
[0006]本专利技术的另一目的是提供一种δ
‑
MnO2/AC复合催化剂。
[0007]本专利技术的又一目的在于，提供一种δ
‑
MnO2/AC复合催化剂在分解臭氧中的应用。
[0008]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0009]一种δ
‑
MnO2/AC复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1.将活性炭载体浸渍于KMnO4溶液中，充分反应后再干燥除水获得催化剂前驱体；
[0011]S2.将S1中所述催化剂前驱体在空气氛围中进行煅烧处理，即可获得δ
‑
MnO2/AC复合催化剂；
[0012]其中，S1中所述催化剂前驱体由锰活性组分和活性炭载体组成，且锰活性组分与
活性炭载体的质量比为1:(2～20)，所述锰活性组分为无定形；
[0013]S2中所述煅烧处理的温度为200～450℃，煅烧处理时间为0.1～12h。
[0014]本专利技术以活性炭为载体，与KMnO4反应生成无定形MnO2，然后在特定的条件下煅烧处理获得δ
‑
MnO2/AC复合催化剂。专利技术人发现煅烧处理的氛围对MnO2的晶型有显著影响，只有在空气氛围中煅烧并调控相应的煅烧温度和煅烧时间，才能制备得到在潮湿环境中对臭氧分解活性高的δ
‑
MnO2晶型；而且锰活性组分含量过低会导致煅烧所形成的臭氧分解活性位点有限，降低臭氧分解率；锰活性组分含量过高则不仅会导致δ
‑
MnO2颗粒团聚，减少其分散度，减少活性位点数量；还会堵塞催化剂的孔隙结构，增加气流阻力，不利于臭氧分解。此外，煅烧温度过低或煅烧时间过短，无法使得无定形MnO2转变为高结晶δ
‑
MnO2，从而导致催化活性位点较少，进而降低臭氧分解率。煅烧温度过高或煅烧时间过长，不仅会使活性炭载体活性炭被空气中的O2氧化，导致锰活性组分失去支撑，减小比表面积，增加δ
‑
MnO2的团聚度，还会使无定形的MnO2相变为Mn2O3，从而降低δ
‑
MnO2/AC复合催化剂的臭氧分解性能。
[0015]具体地，在浸渍处理之前可以将活性炭进行超声处理以除去其表面杂质。
[0016]优选地，S2中所述煅烧处理的温度为350～400℃，煅烧处理时间为3～6h。
[0017]优选地，S1中所述锰活性组分与活性炭载体的质量比为1:(2～10)。
[0018]在具体实施方式中，本专利技术步骤S1中所述KMnO4溶液的浓度为0.1～1mol/L。
[0019]在具体实施方式中，本专利技术步骤S1中所述干燥温度为60～120℃，干燥时间为1～24h。
[0020]本专利技术还保护一种δ
‑
MnO2/AC复合催化剂的制备方法制得的δ
‑
MnO2/AC复合催化剂。
[0021]具体地，所述δ
‑
MnO2/AC复合催化剂的平均孔径≥2.20nm，较大的平均孔径可以在分解臭氧时抑制潮湿环境中的水蒸汽在催化剂中孔道中凝结，降低气流阻力，从而促进臭氧扩散和传质速率，有利于臭氧与催化剂活性位点充分接触，同时也在一定程度提高了催化剂的疏水性能。
[0022]一种δ
‑
MnO2/AC复合催化剂在分解臭氧中的应用，也在本专利技术的保护范围之内。
[0023]优选地，所述δ
‑
MnO2/AC复合催化剂在分解臭氧中应用的环境湿度为0％～90％。
[0024]优选地，所述δ
‑
MnO2/AC复合催化剂在分解臭氧中应用的环境湿度为50％～90％。
[0025]本专利技术δ
‑
MnO2/AC复合催化剂不仅在低湿度环境(环境湿度为10％)中具有良好的臭氧分解效果，即便在高湿度条件下(环境湿度≥50％)，因其中活性炭的疏水性及合适的孔结构减少水蒸汽的凝结，减少了水分子的竞争吸附，提高了催化剂在高湿度环境中的催化活性。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益技术效果是：
[0027]本专利技术提供了一种δ
‑
MnO2/AC复合催化剂的制备方法，以活性炭为载体、KMnO4为活性组分前驱体，利用活性炭原位还原负载锰活性组分并通过特定的煅烧处理调控MnO2晶型，同时利用活性炭载体的疏水性，从而使得所制得δ
‑
MnO2/AC复合催化剂具备优异的催化活性和耐湿性，进而使其在潮湿环境中具备优异的催化活性，在较大湿度范围(0％～90％)条件下均可长时间保持80％以上的臭氧分解率。
附图说明
[0028]图1为活性炭(AC)、步骤S1中的催化剂前驱体(Mn/AC)、实施例1中催化剂(Mn/AC
‑
A)、对比例1中催化剂(Mn/AC
‑
N)和对比例2中催化剂(Mn/AC
‑
H)的XRD图。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种δ
‑
MnO2/AC复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将活性炭载体浸渍于KMnO4溶液中，充分反应后再干燥除水获得催化剂前驱体；S2.将S1中所述催化剂前驱体在空气氛围中进行煅烧处理，即可获得δ
‑
MnO2/AC复合催化剂；其中，S1中所述催化剂前驱体由锰活性组分和活性炭载体组成，且锰活性组分与活性炭载体的质量比为1:(2～20)，所述锰活性组分为无定形；S2中所述煅烧处理的温度为200～450℃，煅烧处理时间为0.1～12h。2.如权利要求1所述δ
‑
MnO2/AC复合催化剂的制备方法，其特征在于，S2中所述煅烧处理的温度为350～400℃，煅烧处理时间为3～6h。3.如权利要求2所述δ
‑
MnO2/AC复合催化剂的制备方法，其特征在于，S1中所述锰活性组分与活性炭载体的质量比为1:(2～10)。4.如权利要求1所述δ
‑
MnO2/AC复合催化剂的制备方法，其特征在于，S1中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海保，甘延玲，戴雯婧，张博格，张家瑞，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：