本发明涉及一种常温去除臭氧的催化材料的制备方法。
背景技术：
臭氧是室内空气中常见的污染物之一，其具有强氧化性和腐蚀性，可对其所处环境的材料、动植物、人体等造成一定的危害。臭氧不仅自身会带来刺激性气味，同时其在室内可与不同有机物质发生的化学反应，反应产物包括致癌物质如甲醛、丙烯醛等，刺激性物质如羰基、二羰基、酸类等，以及自由基、二级有机气溶胶等。因此，室内存在过高浓度的臭氧可能危害人体健康。鉴于臭氧污染所带来的危害，近年来我国相关国家机关、组织对室内环境关注程度也不断提高。如近年来制定发布了一些室内环境标准，其中一些对臭氧指标也有明确规定。由国家质量监督检验检疫总局、卫生部、国家环境保护总局发布的国家第一部《室内空气质量标准》正式实施，该标准从保护人类健康出发，首次全面规定了室内空气的物理性化学性、生物性、放射性四类共19个指标的限量版。而臭氧作为13项化学性指标之一，被规定为1h平均不大于0.16mg/m3方可达标，相较西方标准，允许浓度仍相对偏高。空气中臭氧来源比较广泛，室内臭氧来自办公或家用电器，如打印机、复印机、臭氧消毒柜、臭氧空气净化器等。另外，臭氧作为一种强氧化剂和广谱消毒剂，近年来被广泛应用于污水处理、饮用水净化和果蔬消毒等领域。在实际应用过程中，臭氧并不能被完全利用或溶解而导致一定量的臭氧释放到周边空气中。因此，对含臭氧废气排出前进行处理，降解空气中过高浓度的臭氧并将其分解为无害的物质非常必要。
催化分解法因其效率较高，且具有较长的寿命预期，是目前臭氧净化领域最常用的方法。臭氧催化分解是在臭氧催化剂存在情况下，以实现臭氧的高效降解。其能量驱动可以是热，也可以是光，故臭氧催化分解一般可分为热催化和光催化分解。催化剂类型亦呈现出多样化，按使用材料划分可大致分为：过渡金属类催化剂(锰氧化物、铁氧化物、钴氧化物、镍氧化物等及其复合负载催化剂)、贵金属类催化剂(ag、au、pt、pd等及其复合负载催化剂)、光催化剂、碳基材料及其改性催化剂。目前研究应用较多采用贵金属作为催化剂，虽然其初始活性较高，但其性能易受环境干扰，同时成本较高，不利于大规模推广使用。在此基础上，大量的研究者对过渡金属mn、cu的氧化物进行了臭氧分解性能研究，传统的研究多是将过渡金属氧化物负载在活性炭等高比表面积材料表面，如zl201410284947.x公开了一种常温除臭氧催化材料，通过将过渡金属氧化物负载在活性炭表面得到所需的催化剂。类似方法的缺陷在于(1)臭氧在反应过程成因其较强的氧化性能，可能将活性炭同时氧化(催化学报，2008，29(4)，335-340)，影响材料的使用寿命；(2)活性炭选择吸附性较弱，实际工况下极易饱和，不能充分发挥臭氧催化剂的性能；(3)活性炭等吸附材料易吸湿，高湿度微环境下，臭氧催化剂活性减弱。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中臭氧催化分解剂寿命短的缺陷，提供一种常温去除臭氧的催化材料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种常温去除臭氧的催化材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将高锰酸钾、溶剂与表面活性剂混合搅拌得到均相溶液x，以质量计算，均相溶液x中高锰酸钾：溶剂：表面活性剂＝1：10～50：0.1～0.3；
步骤二：将醋酸锰、硫酸亚铁、硫酸铁与溶剂混合搅拌得到均相溶液y，以质量计算，均相溶液y中将醋酸锰：硫酸亚铁：硫酸铁：溶剂＝1:1:1:5～50；
步骤三：将均相溶液y均匀加入均相溶液x，在100～200℃下水热反应1～5h，冷却、洗涤、干燥得到预制备的催化材料；
步骤四：将预制备的催化材料在疏水改性剂中浸渍2～4h，过滤干燥洗涤即得常温去除臭氧的催化材料。
进一步的，所述的溶剂为去离子水或纯化水。
进一步的，所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基二甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵或十二烷基二甲基氧化胺中的一种。
进一步的，所述的洗涤剂为去离子水或乙醇。
进一步的，所述的疏水改性剂为苯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷或六甲基二硅胺烷中的一种。
本发明提供一种常温去除臭氧的催化材料及其制备方法，在传统锰氧化物催化剂的基础上，通过添加低价fe离子及表面活性剂，增加催化剂的比表面积和有效氧空位，提高催化材料的分解性能。通过对预制备的催化材料进行疏水改性，提高催化材料的抗湿性能，有效提高催化材料的使用寿命。同时本发明提供的催化材料在实际工况下可与高吸附性能材料配合使用，可在不同环境下调整吸附材料与催化材料的比例达到不同的预期使用寿命，解决现有负载在活性炭表面催化材料催化剂负载量不足，活性极易降低等问题。
本发明所达到的有益效果是：
(1)在传统锰氧化物的基础上复合添加低价铁离子和表面活性剂，增加催化材料的比表面积，使传统催化材料的比表面积从100m2/g大大提高到300m2/g，提高催化材料的臭氧分解性能，同时选用的表面活性剂带有杀菌性能，可有效保护催化材料；
(2)对预制备的催化材料增加疏水改性步骤，提高了催化材料的抗湿性能，在相对湿度达90％的工况下，臭氧分解效率仍能达到90％以上，拓宽催化材料的使用工况并延长寿命，本发明催化材料的寿命可达3年以上，传统的催化材料在遇到相对湿度大于70％工况下会由于晶体表面活性位点为水分子占据而迅速失活，寿命不可控；
(3)本发明制备的催化材料可与各种高比表面积吸附材料混合使用，比例可调，解决了现有一体化复合材料使用寿命较短的问题。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
一种常温去除臭氧的催化材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将1.5g的高锰酸钾、40ml去离子水与0.5g十六烷基三甲基溴化铵混合搅拌得到均相溶液x；
步骤二：将5g的醋酸锰、5g的硫酸亚铁、5g的硫酸铁与60g去离子水混合搅拌得到均相溶液y；
步骤三：将均相溶液y均匀加入均相溶液x，在150℃下水热反应3h，冷却、去离子水洗涤、干燥得到预制备的催化材料；
步骤四：将预制备的催化材料在苯基三甲氧基硅烷中浸渍4h，过滤干燥，去离子水洗涤既得常温去除臭氧的催化材料；
步骤五：将步骤四制备的臭氧催化材料500g装填在蜂窝过滤器得到常温除臭氧过滤器，过滤器置于不小于300m3/h风量的空气净化设备中，按gb/t18801-2008标准测试，1h净化效率大于99％，在臭氧浓度为1.2～2.0mg/m3环境下累计运行3000h后，其1h净化效率仍保持在90％以上。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。