[發明專利]一種催化脫除臭氧的過渡金屬氧化物催化劑及制備方法

有效

• 申請號: 201611090572.9
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN108114711B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 王勝;張磊;王樹東;丁亞;汪明哲
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01D53/86;B01D53/66;B01D53/72;B01D53/44
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 鄭虹

本發明涉及一種催化脫除臭氧的過渡金屬氧化物催化劑及制備方法，屬催化及環境保護領域。該催化劑以過渡金屬氧化物MO_x為活性組分，其中x＝0.5?2.5,過渡金屬M選自Cu、Co、V、Cr、Mn、Fe、Ru、Rh、Pd、Ag、Pt、Au、Ce、La中的一種或幾種的組合；將過渡金屬氧化物MO_x成型制得不同結構的催化劑或將其負載到具有較大比表面積的惰性載體上，制得臭氧催化分解催化劑。該法制備催化劑工藝簡單，條件溫和，且納米纖維狀金屬氧化物的臭氧分解效率高，性能穩定。

技術領域

本發明屬于催化及環境保護領域，具體涉及一種催化脫除臭氧的過渡金屬氧化物催化劑及制備方法。

背景技術

臭氧是天然大氣的重要微量組成，由三個氧原子構成，是氧氣的同素異形體，具有強氧化性，因此被廣泛應用于醫療衛生、化學氧化，水污染治理等方面。臭氧在使用過程中往往會產生大量的殘留，這些殘留直接排放到大氣中會造成環境污染。另外，在人們日常生活中使用的電器如空氣凈化器、復印機等在工作過程中也會產生臭氧，導致室內臭氧濃度過高。在一些特殊環境如飛機機艙中，由于飛機進入平流層中，在引入氣體過程中不可避免的含有臭氧，因此會導致機艙內臭氧濃度升高。高濃度臭氧會對人體產生急性傷害，刺激呼吸系統，造成神經中毒，破壞免疫系統等。我國2012年頒布的《環境空氣質量標準》(GB3095-2012)中規定8小時工作環境下允許的最大濃度應低于160ug/m³。

目前臭氧分解的方法主要有：活性炭吸附法，溶液吸收法，熱分解法和催化分解法等。活性炭吸附法由于活性炭存在吸附飽和，需要頻繁再生，成本高；溶液吸收法存在污水處理的問題；熱分解法需加熱，增加能耗，而催化分解法由于能在常溫下分解臭氧，經濟、高效而備受關注，但是其催化劑的研究是難點。

用于臭氧分解催化劑的活性組分主要有兩類：貴金屬催化劑和過渡金屬氧化物催化劑。貴金屬催化劑活性組分主要是Pt、Pd、Ru等，但是由于貴金屬價格高、儲量少，大規模應用受限，故大多數的研究都集中在過渡金屬氧化物上。Oyama等在將多種過渡金屬氧化物負載到Al₂O₃，研究了臭氧分解性能，得出了MnO₂活性最好的結論。但是由于O₃分解是一個氧化還原過程，故MnO_x結構中存在Mn的混合價態更有利于提高其催化活性。專利US5296435中采用高溫焙燒MnCO₃得到一系列產物，發現350℃焙燒得到的MnO_x(x＝1.6-2.0)和MnCO₃混合物的臭氧分解活性最好。O₃濃度為15ppm，空速為3000h^-1，相對濕度為80％的條件下，100小時后，室溫下臭氧轉化率可以保持在88％左右。Pengyi Zhang等人用水熱法合成了不同形貌的MnO₂，研究發現納米纖維狀的MnO₂催化臭氧分解性能最好。目前關于MnO_x納米纖維的合成用的都是水熱法，制備條件相對比較苛刻。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，提出一種催化脫除臭氧的過渡金屬氧化物催化劑及制備方法。

一種催化脫除臭氧的過渡金屬氧化物催化劑，該催化劑以過渡金屬氧化物MO_x為活性組分，其中x＝0.5-2.5,過渡金屬M選自Cu、Co、V、Cr、Mn、Fe、Ru、Rh、Pd、Ag、Pt、Au、Ce、La中的一種或幾種的組合；將過渡金屬氧化物MO_x成型制得不同結構的催化劑或將其負載到具有較大比表面積的惰性載體上，制得臭氧催化分解催化劑。催化劑臭氧分解效率高，性能穩定。

一種催化脫除臭氧的過渡金屬氧化物催化劑的制備方法，按照以下步驟進行：

1)過渡金屬氧化物活性組分MO_x的制備：利用普通的液相合成法制備中間產物MOOH，再通過調節焙燒溫度和氣氛制備MO_x。