一種用于催化臭氧氧化揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于催化臭氧氧化揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)是大氣中較活躍的組分，它不僅直接危害人體健康，還可在大氣中形成光化學(xué)煙霧及有機(jī)氣溶膠等二次污染物，對(duì)全球氣候變化、環(huán)境質(zhì)量、人類健康等均產(chǎn)生重要影響。因此，探索VOCs的凈化處理方法，減少VOCs的排放有助于改善大氣環(huán)境質(zhì)量、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和保障人體健康，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。
[0003]臭氧具有強(qiáng)氧化性，是氯氣氧化能力的1.5倍，是一種廣譜殺菌劑，常用于醫(yī)療衛(wèi)生、和餐飲食品行業(yè)殺菌消毒。臭氧在常溫下能通過加成反應(yīng)、親電反應(yīng)及親核反應(yīng)直接把揮發(fā)性有機(jī)物氧化分解。但正是由于臭氧氧化的選擇性，其對(duì)飽和烷烴、芳香烴等難降解污染物的去除率較低。為進(jìn)一步提高臭氧的氧化能力，可采用h2o2/o3、UV/03、金屬催化劑/O3等高級(jí)氧化技術(shù)，產(chǎn)生羥基自由基，間接利用臭氧氧化難降解有機(jī)物。
[0004]目前催化臭氧氧化已用于難降解廢水處理，如CN103111290A公開了一種催化臭氧氧化深度處理煤化工廢水催化劑的制備方法，利用活性炭負(fù)載金屬氧化物，催化臭氧深度氧化去除水中難降解有毒害物質(zhì)，提高廢水可生化性，保證出水水質(zhì)達(dá)到國家排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。CN102941084公開了一種活性氧化鋁負(fù)載錳、鈰雙組分金屬氧化物臭氧催化氧化催化劑的制備方法，制備的催化劑可顯著提高臭氧對(duì)水體中難降解有機(jī)物的去除率。
[0005]在大氣環(huán)境中，臭氧是一種有害物質(zhì)，我國環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3095-2012)規(guī)定日最大8小時(shí)平均濃度不超過0.16mg.πΓ3。在廢氣處理領(lǐng)域，催化臭氧分解是一種有效處理含臭氧廢氣手段，如CN1259398A、CN10260861A各公開了一種臭氧分解催化劑及制備方法，可有效去除廢氣中的臭氧。實(shí)際上，利用臭氧的氧化及催化氧化可去除廢氣中的VOCs，且由于催化劑的作用，臭氧轉(zhuǎn)化為羥基、活性氧等中間產(chǎn)物，在反應(yīng)中即使沒有完全消耗，最終轉(zhuǎn)變成氧氣和水，不產(chǎn)生二次污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種用于催化臭氧氧化揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑及制備方法，目的在于提高臭氧對(duì)VOCs的深度氧化，VOCs降解為0)2和H 20等無害物質(zhì)。本發(fā)明制備的催化臭氧氧化揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑可用于工業(yè)廢氣及室內(nèi)空氣VOCs的催化臭氧氧化。
[0007]本發(fā)明由如下技術(shù)方案實(shí)施:
[0008]一種用于催化臭氧氧化揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑的制備方法，包括步驟:
[0009](I)將0.1?2mm孔徑的泡沫鎳于20 %的NaOH水溶液中水浴恒溫80°C浸泡2h，用去離子水沖洗干凈，烘干，然后在15%的草酸水溶液中水浴恒溫95°C浸泡2h，用去離子水沖洗干凈，烘干，作為催化劑載體。
[0010](2)用分析純鹽酸調(diào)節(jié)乙醇溶液的pH值到I?4之間，將含Mn、Sn、Ce、Sb的可溶性鹽一種以上溶于乙醇溶液，得到浸漬液。優(yōu)選為硝酸錳、硝酸鈰、氯化錫、氯化銻，配制的浸漬液中Mn、Sn、Ce、Sb的摩爾比為10:10:1:1。
[0011](3)將步驟⑴制備的泡沫鎳浸泡于步驟(2)制備的浸漬液15min，或?qū)ⅢE⑵制備的浸漬液涂刷于步驟(I)制備的泡沫鎳上，在< 80°C烘干，在200?800°C焙燒3?5h，反復(fù)I?10次，制得一種用于催化臭氧氧化揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑。
[0012]其中，載體鎳純度99%以上，為三維多孔通透結(jié)構(gòu)，孔隙率達(dá)到95%以上。
[0013]其中，Mn、Sn、Ce、Sb的可溶性鹽為分析純，配制的浸漬液中Mn、Sn、Ce、Sb的摩爾濃度分別為 0.1,0.1,0.01,0.0lmol.L-1 至 2、2、0.2,0.2mol.L'
[0014]本發(fā)明以泡沫鎳為載體，MnOx-SnOx-CeOx-SbOx復(fù)合氧化物為催化活性物質(zhì)，價(jià)格低廉，具有較好的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性，用于催化臭氧氧化VOCs活性高，壽命長。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1:取10ml無水乙醇，用37%的鹽酸調(diào)節(jié)pH到1，然后加入35g五水氯化錫和4.3g六水硝酸鈰，最后加入50%硝酸錳25ml，用無水乙醇定容到200ml，即為含Mn、SnXe的浸漬液。將清洗后、孔徑為0.1mm泡沫鎳在該浸漬液中浸泡15min，置于烘箱中70°C烘干，然后在馬弗爐中500°C焙燒3h，反復(fù)浸漬、烘干、焙燒5次，制得一種用于催化臭氧氧化揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑。催化劑性能評(píng)價(jià):催化劑體積為0.8L，氣體流量為5.0L min—1、甲苯和臭氧入口濃度均為400mg m_3，甲苯凈化率達(dá)96%以上，出口無臭氧檢出，運(yùn)行40小時(shí)，催化劑性能無明顯變化。
[0016]實(shí)施例2:取10ml無水乙醇，用37%的鹽酸調(diào)節(jié)pH到1，然后加入35g五水氯化錫、4.3g六水硝酸鈰和2.3g三氯化銻，最后加入50%硝酸錳25ml，用無水乙醇定容到200ml，即為含Mn、Sn、Ce、Sb的浸漬液。將清洗后、孔徑為0.1mm泡沫鎳在該浸漬液中浸泡15min，置于烘箱中70 °C烘干，然后在馬弗爐中500 V焙燒3h，反復(fù)浸漬、烘干、焙燒10次，制得一種用于催化臭氧氧化揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑。催化劑性能評(píng)價(jià):催化劑體積為0.8L，氣體流量為5.0L HiirT1、甲苯和臭氧入口濃度均為200mg m_3，甲苯凈化率達(dá)100%，出口無臭氧檢出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于催化臭氧氧化揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑，其特征在于，所述的催化劑由泡沫鎳載體及金屬復(fù)合氧化物催化劑構(gòu)成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑載體，其特征在于，所述的載體包括但不僅限于泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鋁等泡沫金屬，以及蜂窩陶瓷、活性炭、分子篩等多孔材料，優(yōu)選泡沫鎳。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于，催化劑中的金屬氧化物包括但不限于MnOx> SnOx> CeOx> SbOx中的兩種以上，優(yōu)選為MnOx-SnOx-CeOx-SbOx復(fù)合氧化物。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于，催化劑中的金屬復(fù)合氧化物重量百分比為 1%~ 30%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于，包括步驟: (1)泡沫鎳清洗烘干作為載體備用； (2)制備含Mn、Sn、Ce、Sb的浸漬液； (3)將步驟⑴制備的泡沫鎳浸泡于步驟(2)制備的浸漬液15min，或?qū)ⅢE⑵制備的浸漬液涂刷于步驟(I)制備的泡沫鎳上，烘干，焙燒，反復(fù)I?10次，制得一種用于催化臭氧氧化揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，步驟(I)所述的泡沫鎳清洗，其特征在于，將.0.1?2mm孔徑的泡沫鎳于20%的NaOH水溶液中水浴恒溫80°C浸泡2h，用去離子水沖洗干凈，烘干，然后在15%的草酸水溶液中水浴恒溫95°C浸泡2h，用去離子水沖洗干凈，烘干。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，步驟(2)所述的浸漬液，其特征在于，用鹽酸調(diào)節(jié)乙醇溶液的pH值到I?4之間，將含Mn、Sn、Ce、Sb的可溶性鹽一種以上溶于乙醇溶液，得到浸漬液。優(yōu)選為硝酸錳、硝酸鈰、氯化錫、氯化銻，配制的浸漬液中Mn、Sn、Ce、Sb的摩爾比為 10:10:1:1。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，步驟(3)所述的烘干溫度低于80°C，焙燒溫度.200 ?800。。，焙燒 3 ?5ho
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于催化臭氧氧化揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑。所述催化劑包括泡沫鎳載體，MnOx-SnOx-CeOx-SbOx復(fù)合氧化物。所述制備方法為泡沫鎳浸漬或涂刷金屬鹽溶液，高溫焙燒制成一種用于催化臭氧氧化揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑。該催化劑催化活性高，價(jià)格低廉，具有較好的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性，可用于工業(yè)廢氣及室內(nèi)空氣揮發(fā)性有機(jī)物的催化臭氧氧化凈化。
【IPC分類】B01D53/44, B01D53/76, B01J23/843, B01D53/86
【公開號(hào)】CN104888793
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510377785
【發(fā)明人】徐仲均, 段亞菲
【申請(qǐng)人】北京化工大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年6月30日