[發明專利]納米復合材料催化劑及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 201711021330.9
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107876044A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 江治;王紅超
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01J23/889;B01D53/86
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及一種同時去除臭氧、VOCs和/或s-VOCs的納米復合材料催化劑及其制備方法，屬于環境催化技術領域。

背景技術

由于現代工業的發展，汽車保有量的增加以及現代居住環境和室內裝修等，大量揮發性有機物被排放到空氣中。而一些添加在材料中的助劑、衛生殺蟲劑、不完全燃燒所產生的半揮發性有機物，由于其分子量大，沸點高，飽和蒸氣壓低，因此在環境中較揮發性有機物更難降解，存在的時間也更長。這些物質不但對大氣環境造成了破壞，更直接危害人類的健康和生命安全。目前用于有機廢氣處理的技術主要包括：活性炭吸附、催化燃燒、生物膜分離、紫外光催化以及低溫等離子技術。然而這些技術在實際應用中，都存在一定的缺點，活性炭吸附技術只能將有害物吸附儲存，而不能將其分解或去除，一旦飽和則失去效果；催化燃燒所需的設備結構復雜，成本較高，另外燃燒所造成的高能耗也限制了此項技術的發展；生物膜分離技術去除有機物時往往由于膜的堵塞而失效。而紫外光催化和與上述技術相比，紫外光催化和低溫等離子技術可以高效地將VOCs和/或s-VOCs轉化為水和二氧化碳，但同時也會產生有害副產物臭氧。而臭氧也是一種對人體健康有巨大危害的，長時間暴露在低濃度臭氧環境中，會對眼睛黏膜和肺組織等具有刺激作用，能破壞肺的表面活性物質，引起肺水腫、哮喘等，并可損害中樞神經系統。還能使人體甲狀腺功能受損，使骨骼鈣化，甚至引起潛在性的全身影響。因此，有必要開發設計一種催化劑，將其置于紫外光催化與低溫等離子體的末端，分解其產生的臭氧，并氧化殘留的VOCs和/或s-VOCs，實現VOCs、s-VOCs和臭氧的同時去除。

經對現有技術文獻的檢索發現，中國發明專利申請號為201410365193.0，名稱為：降解臭氧協同去除VOCs的催化劑及其制備方法和應用，該申請公開了一種以活性炭為載體，以錳氧化物為主活性組分，以稀土金屬氧化物為助活性組分的負載型催化劑。該催化劑可以有效分解臭氧，并在常溫下催化氧化微量揮發性有機物。但是，上述催化劑的合成工藝復雜、制備周期長，合成出的活性炭與錳氧化物之間沒有實現納米尺度的接觸，無法實現高效的吸附催化去除作用，合成過程消耗了較多的原材料，不能催化氧化大量揮發性有機物，而不利于工業化的應用。同時錳氧化物多以納米顆粒負載形式負載在吸附劑上，從而有可能導致臭氧對于碳材料的侵蝕作用。因此本發明工作所制備的催化劑能夠實現金屬氧化物與催化劑載體在納米尺度接觸，同時由于能形成有效的核殼結構，從而可以實現高效地吸附催化去除作用以及對于內核碳材料的保護作用。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種同時去除臭氧、VOCs和/或s-VOCs的納米復合材料催化劑及其制備方法、用途。

本發明是通過以下技術方案實現的：

第一方面，本發明提供了一種納米復合材料催化劑，其由載體和固載于所述載體中的催化活性成分組成，所述載體為水熱處理過的活性炭或多孔碳納米球，所述催化活性成分錳氧化物或摻雜有金屬氧化物的錳氧化物，所述金屬氧化物包括鐵氧化物、鈷氧化物、鎳氧化物、銅氧化物、鋅氧化物、鋁氧化物、鈰氧化物、錫氧化物中的至少一種。

作為優選方案，所述載體的制備方法包括如下步驟：

將碳源溶解于去離子水和無水乙醇的混合液中后，依次進行超聲處理和加熱保溫，再經洗滌干燥，得到載體，所述加熱的溫度為160～200℃。

第二方面，本發明提供了一種如權利要求1所述的納米復合材料催化劑的制備方法，其包括如下步驟：

將錳氧化物前驅體溶液與載體溶液進行反應，得到由載體和錳氧化物組成的納米復合材料催化劑；或

將錳氧化物前驅體與水熱處理過的載體進行反應后，得到負載有錳氧化物的載體；

分別金屬氧化物前驅體和負載有錳氧化物的載體分散于去離子水中，得到金屬氧化物前驅體溶液和載體分散液；

將所述金屬氧化物載體溶液加入載體分散液中，攪拌0.5～10h后，清洗、干燥，得到粉體，即由載體和摻雜有金屬氧化物的錳氧化物組成的納米復合材料催化劑。

作為優選方案，所述由載體和摻雜有金屬氧化物的錳氧化物組成的納米復合材料催化劑的制備還包括如下步驟：

將所述粉體在惰性氣氛下，于350～750℃進行煅燒。惰性氣氛煅燒目的是進一步晶化，活性和選擇性會更好。

作為優選方案，所述載體溶液的制備方法為：

將0.005～5g活性炭或多孔碳納米球超聲分散于5～500mL去離子水中，即得載體溶液。

作為優選方案，所述錳氧化物前驅體溶液的制備方法為：