一种常温净化臭氧的催化剂及其制备方法与流程

本发明涉及臭氧净化催化剂，尤其涉及一种常温净化臭氧的催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、近地面的臭氧污染，会对人体健康和生态系统造成损害，这些臭氧主要是由挥发性有机物和氮氧化物在光照下所产生的二次污染物。另外，臭氧是强氧化剂，也是广谱杀菌消毒剂，在室内应用后也会产生大量的残留臭氧。而且，研究发现，臭氧污染可以对人体构成多种危害。当臭氧浓度约为200μg/m3时对眼、鼻、喉有刺激的感觉，浓度超过2000μg/m3时会使肺细胞蛋白质会发生变化，并且会使中枢神经发生障碍，产生头痛、恶心等症状。臭氧所造成的危害十分明显，在臭氧超标的场所进行臭氧的净化脱除具有十分重要的意义。

2、目前解决臭氧污染问题经济有效的方法是常温催化臭氧分解法，具有净化效率高、工艺简单、操作安全、投入成本低、不产生二次污染等特点。催化臭氧分解法的核心在于高效稳定的常温催化剂。根据活性组分不同，臭氧净化催化剂可分为贵金属催化剂和非贵金属催化剂。专利cn111215048a提出了一种采用浸渍法制备的pd/mn双金属催化剂，贵金属为主要的低温活性组分，具备良好的常温净化臭氧效率。但是，贵金属催化剂中贵金属用量加大，导致催化剂成本高，且回收利用较为困难。相关专利报道的非贵金属臭氧净化催化剂多为双金属催化剂，其中专利cn109261164a和专利cn109289863a报道了锰-铜和锰-钴双金属催化剂，专利cn116351424a报道了镍-铁双金属催化剂，均具有常温条件下净化臭氧的能力。但是，以上催化剂的制备采用高温水热法，制备工艺复杂且耗能高，增加了催化剂的应用成本。

3、因此，需要开发一种制备工艺简单、原料丰富、成本低廉且高效稳定的过渡金属催化剂，可以满足长期稳定净化臭氧的需求，适合工业化生产与实际应用。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种常温净化臭氧的催化剂及其制备方法。该催化剂具体为高效稳定净化臭氧的锰基氧化物催化剂，制备工艺简单、成本低廉，在常温条件下分解臭氧性能优异，可成型为颗粒并包装，适合广泛应用。其主要原料是高锰酸钾和醋酸锰，掺杂一定量的铜、铁或者钴，以碳酸钾作为沉淀剂，采用简单的共沉淀法制备所得。将制备所得催化剂粉料进行造粒、过筛、混料后，送入压片机制备成颗粒形，即可应用于各种场景。

2、第一方面，本发明提供了一种常温净化臭氧的催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

3、得到含锰及掺杂金属的混合金属盐溶液；

4、将所述混合金属盐溶液滴加到沉淀剂溶液中进行第一搅拌反应，得到混合溶液；

5、将高锰酸钾溶液滴加到所述混合溶液中进行第二搅拌反应，后过滤，得到沉淀物；

6、于空气氛围下，将所述沉淀物进行焙烧，得到所述催化剂。

7、进一步地，所述混合金属盐溶液中掺杂金属元素和锰元素的摩尔比为(0.3～0.4):1。

8、进一步地，所述掺杂金属元素包括铜、铁和钴中的至少一种。

9、进一步地，所述高锰酸钾中锰元素的摩尔比和所述混合金属盐溶液中锰元素为(0.3～0.4):1。

10、进一步地，所述混合金属盐溶液中金属元素和所述沉淀剂的摩尔比为1:(2.5～3.0)。

11、进一步地，所述得到含锰及掺杂金属的混合金属盐溶液的步骤包括：

12、将金属锰盐和掺杂金属盐溶于去离子水，得到含锰及掺杂金属的混合金属盐溶液；

13、其中，所述金属锰盐包括醋酸锰和硝酸锰中的至少一种；所述掺杂金属盐包括硝酸铜、硝酸铁和硝酸钴中的至少一种。

14、进一步地，所述沉淀剂是由重量比为(3～5):1的碳酸钾和氢氧化钾组成。

15、进一步地，所述第一搅拌反应和所述第二搅拌反应的工作参数均包括：搅拌温度为室温，搅拌时间为12～24小时；所述焙烧的工作参数包括：焙烧温度为300-400℃，焙烧时间为2～4小时。

16、进一步地，所述制备方法还包括：

17、将焙烧后所得的催化剂进行粉碎，得到催化剂粉料；

18、将所述催化剂粉料和水进行混合，后进行制粒，得到催化剂颗粒。

19、第二方面，本发明提供了一种常温净化臭氧的催化剂，所述催化剂是采用第一方面任一项所述的制备方法制得。

20、本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比至少具有如下优点：

21、1)本发明提供的常温净化臭氧的催化剂具有优良的催化活性，在常温和高空速条件下可以使臭氧净化效率达到95％以上，并且具有一定的抗水性能，可以在一定湿度条件下保持高活性，稳定性优良。

22、2)本发明提供的常温净化臭氧的催化剂制备条件方法简单，原料价格低廉，制备过程无需加热，比表面积高，具备颗粒形产品的制备工艺，产品可在简单包装后应用于多种工作场景。

23、3)本发明提供的常温净化臭氧的催化剂的原材料不包括贵金属，降低了成本，并且通过掺杂其他过渡金属的方式，使锰基催化剂具备常温净化臭氧的优良性能。

24、4)本发明提供的常温净化臭氧的催化剂制备过程中使用碳酸钾和氢氧化钾的混合溶液作为沉淀剂，采用将混合盐溶液加入沉淀剂的滴加方式，可以有效提高锰基催化剂的比表面积，进而提高催化剂常温净化臭氧的性能。

25、5)本发明提供的常温净化臭氧的催化剂具体为高效稳定净化臭氧的锰基氧化物催化剂，该锰基催化剂中其他过渡金属的掺杂增加了两相界面，造成了催化剂的表面缺陷，从而形成更多氧空位，增加了催化剂表面对臭氧的吸附能力。另外，掺杂位点促进了吸附臭氧的分解，提高了催化剂的性能。

26、6)本发明提供的常温净化臭氧的催化剂具备催化剂成型颗粒的配方和制备的完整工艺，制备过程简单可控，产品适用性强，可使用于多种场景，并且可快速其实现工业化应用。

技术特征：

1.一种常温净化臭氧的催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合金属盐溶液中掺杂金属元素和锰元素的摩尔比为(0.3～0.4):1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述掺杂金属元素包括铜、铁和钴中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高锰酸钾中锰元素和所述混合金属盐溶液中锰元素的摩尔比为(0.3～0.4):1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合金属盐溶液中金属元素和所述沉淀剂的摩尔比为1:(2.5～3.0)。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述得到含锰及掺杂金属的混合金属盐溶液的步骤包括：

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂是由重量比为(3～5):1的碳酸钾和氢氧化钾组成。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一搅拌反应和所述第二搅拌反应的工作参数均包括：搅拌温度为室温，搅拌时间为12～24小时；所述焙烧的工作参数包括：焙烧温度为300-400℃，焙烧时间为2～4小时。

9.根据权利要求1～8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：

10.一种常温净化臭氧的催化剂，其特征在于，所述常温净化臭氧的催化剂是采用权利要求1～9任一项所述的制备方法制得。

技术总结
本发明涉及一种常温净化臭氧的催化剂及其制备方法，涉及臭氧净化催化剂技术领域，所述制备方法包括以下步骤：得到含锰及掺杂金属的混合金属盐溶液；将所述混合金属盐溶液滴加到沉淀剂溶液中进行第一搅拌反应，得到混合溶液；将高锰酸钾溶液滴加到所述混合溶液中进行第二搅拌反应，后过滤，得到沉淀物；于空气氛围下，将所述沉淀物进行焙烧，得到所述催化剂。本发明提供的催化剂具体为高效稳定净化臭氧的锰基氧化物催化剂，具有制备工艺简单、原料丰富、成本低廉且高效稳定等特点，可以满足长期稳定净化臭氧的需求，适合工业化生产与实际应用于各种生产场景。

技术研发人员：杨广鹏,杨俊,梁福阳,卓润生,刘新生
受保护的技术使用者：上海润和盛建工程科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1