一种具有优良低温活性和耐水性的臭氧分解催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种具有优良低温活性和耐水性的臭氧分解催化剂及其制备方法与应用，属于臭氧催化脱除领域。所述催化剂为一种高活性氮掺杂MnO2催化剂，及其高分散负载贵金属催化剂，负载催化剂的活性组分选自Pd或Ag中的至少一种。所述催化剂在600000h

【技术实现步骤摘要】
一种具有优良低温活性和耐水性的臭氧分解催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种具有优良低温活性和耐水性的臭氧分解催化剂及其制备方法与在近地面或飞机机舱臭氧脱除中的应用，属于臭氧催化脱除领域。

技术介绍

[0002]臭氧由三个氧原子组成，是氧气的同素异形体，分子结构为呈C
2v
对称的等腰三角形，O
‑
O键的距离为0.128nm，键角为116.49
°
。臭氧作为一种强氧化剂，在低温下即可与大多数物质反应。在酸性溶液中，臭氧的氧化性也仅次于氟、原子氧和羟基自由基，与元素周期表中除惰性气体、氟和贵金属以外的元素均可以发生反应。臭氧在大气平流层和近地面都有分布，它的存在对于人类生产生活乃至地球自然环境而言都是一柄双刃剑。一方面，距离地表10～50km的平流层中的臭氧，含量大约为50ppm。受到长波紫外线辐射时，一个臭氧分子会分解为一个氧分子和一个氧原子；氧分子受到短波紫外线辐射，分解为两个氧原子，氧原子可以和另一个氧气分子结合，再生成臭氧，该过程使得大气中的氧气和臭氧含量处于动态平衡中，还能够吸收紫外线，对生物起到保护作用。另一方面，近地面臭氧浓度的增加却对动植物及人类健康产生了极大的危害，同时也是“烟雾”的主要成分之一。在炎热的晴天，臭氧含量会明显上升，即使是含量相对较低的臭氧，也会对健康造成影响。受到影响的群体包括哮喘患者、儿童、老年人和户外工作者。此外，缺乏维生素C和E等某些营养元素摄入的人，暴露于臭氧时受到的影响更大。高浓度的臭氧会引发心血管疾病、呼吸功能障碍、神经中毒、记忆力衰退、视力下降、人体免疫机能受损，致使淋巴细胞病变，加速人体衰老等症状。
[0003]对流层中的臭氧主要有两个来源，自然源和人为源。自然源是指平流层的输入和自然界的植物排放。人为源的臭氧是由人类活动如交通运输、石油化工、火力发电、生物质燃烧等，向大气排放的挥发性有机物(VOCs)和氮氧化物(NOx)在光照下发生一系列光化学反应所产生的。室内环境中的臭氧主要来源于室外，但是复印机、激光打印机、静电空气过滤器和静电除尘器等机器，在工作过程中也会产生臭氧，长时间航行的飞机客舱内，臭氧的含量也不容小觑。2005年，世界卫生组织颁布的《空气质量准则》种规定，日最高8h内平均臭氧浓度需低于100μg
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‑3。2015年，美国环保署(EPA)制定了包括臭氧在内的6种可能对公众健康和环境有害的主要污染物浓度的一级标准和二级标准，对臭氧的浓度要求为日最大8小时平均浓度不超过0.07ppm。在2012年我国环境保护部与国家质量监督检验检疫总局联合发布的国家环境质量标准《环境空气质量标准》(GB3095
‑
2012)，规定日最大8h内臭氧平均浓度不得高于100μg
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‑3(一级标准)和160μg
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‑3(二级标准)。我国颁布的《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。
[0004]目前，针对臭氧去除分解的方法，已有很多相关研究报道。常见方法包括：催化分解法、热分解法、活性炭吸附法、溶液吸收法、等离子体分解法、电磁波辐射分解法等。到目
前为止，具备安全、经济、高效等优点的催化分解法，仍然是最为理想和具有潜力的臭氧分解方法。O3分解催化剂通常需要在室温甚至低温、高湿度和高空速下高效分解O3。水蒸气的存在往往会占据活性位点，从而降低催化剂的O3分解活性。低温和高空速的条件也对催化剂提出了非常严格的要求。因此，开发在室温甚至零以下温度下具有高活性和高耐湿性的催化剂非常重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种将N掺杂的二氧化锰用作臭氧分解催化剂的同时作为催化剂载体，负载贵金属Pd后得到一种在室温条件下就能高效率地分解臭氧、使用寿命长的臭氧分解催化剂。
[0006]本专利技术的另外一个目的是提供一种以上所述催化剂的制备方法，该制备方法中原料来源广泛，制备过程简单易行。
[0007]为了实现以上专利技术目的，本专利技术包括以下具体技术方案：
[0008]一种催化剂，所述催化剂包括载体和活性组分；所述载体为氮掺杂二氧化锰(N
‑
MnO2)；所述活性组分选自Pd和/或Ag。
[0009]可选地，所述活性组分的负载量为催化剂的0.01wt.％～10wt.％。
[0010]可选地，当所述活性组分选自Pd和Ag时，所述Ag和Pd的摩尔量之比为0.1～10。
[0011]可选地，所述活性组分的负载量为催化剂的0.1wt％、0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％或9wt％，或上述任意两点间的任意值。
[0012]可选地，所述载体中的氮掺杂量为0.5％～5％。
[0013]本专利技术还提供了一种上述催化剂的制备方法，将氮掺杂二氧化锰等体积浸渍于含有活性组分前驱体的溶液Ⅰ中，焙烧，得所述催化剂。
[0014]可选地，所述活性组分前驱体选自金属的醋酸盐、硝酸盐中的至少一种；所述溶液Ⅰ的溶剂为去离子水；所述溶液Ⅰ的浓度为0.5～3mol/L；
[0015]所述氮掺杂二氧化锰与溶液Ⅰ的质量体积比为5～20(g:mL)。
[0016]可选地，所述焙烧的温度为100～600℃，时间为2～10h。
[0017]可选地，所述氮掺杂二氧化锰通过方法a、方法b或方法c中的任一种制得：
[0018]方法a：将MnO2在100～500℃NH3气氛下焙烧2～8小时制得；优选的，MnO2由固态法制得；
[0019]方法b：通过含有醋酸锰、尿素、PVP的原料原位水热法制得氮掺杂MnO2；
[0020]方法c：在含NH
4+
的水溶液中，通过液相热处理MnO2制得。
[0021]可选地，所述方法b为，将含有醋酸锰、尿素、PVP的水溶液在150～200℃下，反应2～10小时；将生成的沉淀离心分离、水洗、醇洗、干燥，在300～500℃下焙烧2～4小时。
[0022]可选地，所述醋酸锰、尿素、PVP的摩尔比为0.5～15；所述方法b的反应器为水热反应釜。
[0023]可选地，所述方法c为，将MnO2加入到含NH
4+
的水溶液中，在40～80℃下，400～800r/min强力搅拌2～10小时；离心分离、水洗、醇洗，在50～150℃下干燥2～12小时。
[0024]可选地，所述MnO2与NH
4+
的摩尔比为1～10。
[0025]本专利技术还提供了一种上述催化剂、上述制备方法制得的催化剂在臭氧分解中的应用。
[0026]可选地，所述催化剂适用于空速300000本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化剂，其特征在于，所述催化剂包括载体和活性组分，所述活性组分负载于载体上；所述载体为氮元素掺杂的二氧化锰；所述活性组分中的活性元素选自Pd和/或Ag。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述活性贵金属元素组分的负载量为催化剂的0.01wt.％～10wt.％；优选地，当所述活性组分选自Pd和Ag时，所述Ag和Pd的摩尔量之比为0.1～10；优选地，所述载体中的氮掺杂量为0.5％～5％。3.一种权利要求1～2任一项所述催化剂的制备方法，其特征在于，将氮掺杂二氧化锰等体积浸渍于含有活性组分前驱体的溶液Ⅰ中，焙烧，得所述催化剂。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，测试氮掺杂二氧化锰的吸水率后，配置溶液浓度为10～200mg/mL的前驱体溶液，所述活性组分前驱体选自金属的醋酸盐、硝酸盐中的至少一种；所述溶液Ⅰ的溶剂为去离子水；所述溶液Ⅰ的浓度为0.5～3mol/L；按照所需贵金属组分的计算量，将载体浸入前驱体溶液中2～6h。所述氮掺杂二氧化锰与溶液Ⅰ的质量体积比为5～20(g:mL)。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧的温度为100～600℃，时间为2～10h。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氮掺杂二氧化锰通过方法a、方法b或方法c中的任一种制得：方法a：将MnO2在100～500℃，NH3气氛下焙烧2～8小时制得；方法b：以醋酸锰为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王胜，王婷，王树东，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：