一种热稳定性能提升的改性臭氧破坏剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种热稳定性能提升的改性臭氧破坏剂及其制备方法，包括以下步骤：测定基础臭氧破坏剂的比孔容，比表面积、吸水率、单科压碎强度等物理性能；根据基础臭氧破坏剂的比孔容和吸水率，合成所需用量的改性用胶溶剂；将步骤二中的改性胶溶剂均匀喷浸渍于基础臭氧破坏剂上，经陈化后转移至烘箱中烘干；将步骤三中烘干后的臭氧破坏剂在空气气氛下煅烧，获得热稳定性能提升的改性臭氧破坏剂。本发明专利技术能够增强臭氧破坏剂高温工况下的热稳定性，即提升热失活的温度上限，平均失活温度提升约50℃，同时催化剂颗粒强度也获得一定程度提升。提升。

【技术实现步骤摘要】
一种热稳定性能提升的改性臭氧破坏剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及催化剂领域，具体涉及一种热稳定性能提升的改性臭氧破坏剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]臭氧是大气污染中的光化学烟雾类污染的代表性污染物，长期接触臭氧会对人体呼吸道造成炎症，以及神经系统毒性等不可逆伤害。长期接触即便低浓度的臭氧就会对人体健康产生不利影响。《环境空气质量标准》(GB3095
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2012)规定，日最高8小时平均臭氧浓度限值为100μg/m3和160μg/m3。但同时臭氧相关技术也在工业生产中广泛应用，诸如水处理领域、纸浆漂白，以及环境、饮用水消毒等领域中产生的含臭氧尾气更需要妥善处置。低温催化分解，因其安全，节能以及操作简便，是目前应用最为广泛的臭氧处置技术。这种技术的关键在于使用一种高性能臭氧破坏剂，也称为促臭氧分解催化剂，但目前其在实际应用领域尚且存在易于失活的不足亟待从技术角度攻克。
[0003]气态臭氧分解催化剂的失活，通常为以下机制：1.化学物质毒化,如硫、卤素毒化；2.结碳、结焦污染；3.原料气中共存水汽污染；4.原料气中伴随气相或固相反应物，与活性组分反应形成了无催化活性相；以及5.高温导致的非活性晶相转变、烧结等。无论工业界和学界，过往更专注于研究和解决1
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4类的臭氧催化剂失活，而对于高温导致的非活性相转变和活性位点烧结，鲜有相关解决方案的报道，尚处在机理研究阶段。Hollman和Bertholet等学者测定臭氧的分解为反热反应，其反应热高达123.73
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141.12KJ/mol。因此，长期处于高浓度臭氧工况的催化剂易热失活，伴随高温下设备启停对催化剂造成的快速热冲击，易致使催化剂骨架的酥化和粉化。归纳臭氧催化剂热失活的机制，1)温度致使催化活性组分转变为低活性晶型；2)转变过程发生了烧结和团聚；以及3)无催化活性物质向催化剂表面偏析，阻碍了原料气与催化剂活性位点接触。另一方面，臭氧的分解活性被认为与催化剂表面的氧空位浓度正相关，高温带来的晶相与晶型的转变往往会降低氧空位浓度，进而降低臭氧分解催化剂的活性。基于上述机理，现有技术中常见臭氧分解催化剂的失活温度为550
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650℃。

技术实现思路

[0004]为了解决以上技术问题，本专利技术的目的是提供一种失活温度高、易于生产的热稳定性能提升的改性臭氧破坏剂及其制备方法。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案是，一种热稳定性能提升的改性臭氧破坏剂的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一，测定基础臭氧破坏剂的比孔容，比表面积、吸水率、单科压碎强度等物理性能；
[0007]步骤二，根据基础臭氧破坏剂的比孔容和吸水率，合成所需用量的改性用胶溶剂；
[0008]步骤三，将步骤二中的改性胶溶剂均匀喷浸渍于基础臭氧破坏剂上，经陈化后转
移至烘箱中烘干；
[0009]步骤四，将步骤三中烘干后的臭氧破坏剂在空气气氛下煅烧，获得热稳定性能提升的改性臭氧破坏剂。
[0010]上述技术方案中，步骤一中，基础臭氧破坏剂比孔容的测定依据T/CPCIF 0140
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2021《催化剂载体拟薄水铝石比表面积和孔容的测定氮吸附法》。
[0011]比表面积依据国家标准GB/T19587
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2017《气体吸附BET法测定固态物质比表面积》。
[0012]吸水率的测定采用以下方法：将臭氧破坏剂以150℃真空烘干2h以上，取出冷却至室温后以等体积浸渍的方式，将一定质量的臭氧破坏剂浸泡于40℃恒温的去离子水中30分钟以上，过滤并沥干水分后测定其所增加重量，占干燥臭氧破坏剂重量的百分比，即为其吸水率。
[0013]单颗压碎强度依据ASTM D4179
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11(2017)形成的催化剂和催化剂载体的单颗粒压碎强度的标准测试方法。
[0014]优选的技术方案，步骤二中的改性用胶溶剂为溶胶凝胶法制备的金属溶胶和硬度增强剂配置的溶液。
[0015]进一步技术方案，改性用胶溶剂为碱性溶胶，包括堇青石溶胶、锆溶胶和钛溶胶。其有效固含量总质量占基础臭氧破坏剂总质量的比例为基础臭氧破坏剂比孔容绝对值的8～15％，即当基础臭氧破坏剂孔容为0.6mL/g，改性用胶溶剂的有效固含量占基础臭氧破坏剂总重约5～9％。改性用胶溶剂的总质量为破坏剂吸水率的75
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90％。
[0016]硬度增强剂为四硼酸钠、偏硼酸钠和硼酸钠的一种或多种，使用量占改性用胶溶剂的质量百分数为1～5％，硼酸类增强剂的总量占比基础臭氧破坏剂总重的5～9
‰
。
[0017]更进一步地，由于酸性物质对臭氧分解有抑制作用，堇青石溶胶通过碱催化方法合成，具体步骤为将正硅酸乙酯(TEOS)与无水乙醇按质量比为1:3～1:4的比例充分混合，得到TEOS
‑
乙醇溶液；再将一定质量比的硝酸铝和硝酸镁原料溶于水中制成水溶液。
[0018]其中TEOS：硝酸铝：硝酸镁：水的质量比为1:(1.5～1.7)：(0.4～0.5)：
[0019](8～15)，将上述水溶液缓慢滴加到不断搅拌的TEOS
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乙醇溶液中，之后滴加氨水为反应催化剂，调节pH至偏碱性7～8，搅拌均，后转移至40℃水浴中约6h即可得到透明凝胶状的堇青石溶胶。
[0020]由于以常规无机锆为锆源的合成方法有大量酸性物质残留，对臭氧分解有抑制作用，锆溶胶利用无机锆为锆源合成凝胶，具体的合成方法为，向丙醇锆的乙醇溶液中加入乙二醇，然后与一定量去离子水的等量乙醇溶液混合，转移至高压反应釜中经150℃反应12h以上，得到纳米尺寸的透明锆凝胶。
[0021]其中丙醇锆：乙二醇：水：乙醇的质量比为1：(1～2.5)：(1～4)：(4～20)。
[0022]钛溶胶以有机钛源和醇胺类催化剂合成的碱性钛溶胶，具体的合成方法为，将钛酸四丁酯溶于乙醇和乙二醇的混合溶液，加入一定量醇胺类催化剂，混合溶液在40
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70℃条件下，冷凝回流2～4h，再加入一定量硅烷类偶联剂，继续搅拌陈化，最终获得纳米尺寸的透明碱性钛溶胶。
[0023]其中钛酸四丁酯：乙醇：乙二醇：醇胺催化剂：硅烷偶联剂的质量比为1：(4～10)：(2～4)：(0.05～0.1)：(0.001～0.005)。
[0024]上述技术方案中，醇胺类催化剂为单乙醇胺，二乙醇胺或三乙醇胺的一种或多种。
[0025]硅烷类偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷，γ
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氨丙基乙氧基硅烷的一种或两种。
[0026]优选的技术方案，步骤三中改性胶溶剂均匀喷浸渍于基础臭氧破坏剂的具体方法为，将一定量基础臭氧破坏剂置于盘式滚动造粒机内，造粒机装配有喷淋浸渍所使用的雾化喷枪，将相当于破坏剂理论吸水率75
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95％的改性胶溶剂，均匀喷浸于较低转速下转动的基础臭氧破坏剂表面，改性胶溶剂用完本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热稳定性能提升的改性臭氧破坏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，测定基础臭氧破坏剂的比孔容，比表面积、吸水率、单颗压碎强度等物理性能；步骤二，根据基础臭氧破坏剂的比孔容和吸水率合成所需用量的改性用胶溶剂；步骤三，将步骤二中的改性胶溶剂均匀喷浸渍于基础臭氧破坏剂上，经陈化后转移至烘箱中烘干；步骤四，将步骤三中烘干后的臭氧破坏剂在空气气氛下煅烧，获得热稳定性能提升的改性臭氧破坏剂。2.根据权利要求1所述一种热稳定性能提升的改性臭氧破坏剂的制备方法，其特征在于，步骤二中的改性用胶溶剂为溶胶凝胶法制备的金属溶胶和硬度增强剂配置的溶液。3.根据权利要求1所述一种热稳定性能提升的改性臭氧破坏剂的制备方法，其特征在于，步骤二中的所述改性用胶溶剂的有效固含量总质量占基础臭氧破坏剂总质量的比例为基础臭氧破坏剂比孔容绝对值的8～15％，所需改性用胶溶剂的总质量为基础臭氧破坏剂吸水率的75
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90％。4.根据权利要求2所述一种热稳定性能提升的改性臭氧破坏剂的制备方法，其特征在于，所述金属溶胶为堇青石溶胶、锆溶胶和钛溶胶。根据权利要求2所述一种热稳定性能提升的改性臭氧破坏剂的制备方法，其特征在于，所述硬度增强剂为四硼酸钠、偏硼酸钠和硼酸钠的一种或多种，所述硬度增强剂使用量占改性用胶溶剂的质量百分数为1～5％，所述硬度增强剂的总量占比基础臭氧破坏剂总重的5～9％。5.根据权利要求3所述一种热稳定性能提升的改性臭氧破坏剂的制备方法，其特征在于，所述堇青石溶胶的合成方法为将正硅酸乙酯(TEOS)与无水乙醇按质量比为1:3～1:4的比例充分混合，得到TEOS
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乙醇溶液；再将一定质量比的硝酸铝和硝酸镁原料溶于水中制成水溶液；其中T...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭毅，刘雪菲，
申请(专利权)人：江苏治水有数环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：