[發明專利]一種室溫下催化活化氧氣清除揮發性有機物的催化劑的制備方法及其再生方法與應用

有效

• 申請號: 201711126465.1
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN109772297B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 朱作霖;朱振之;孫善慶;解統興;劉珂
• 申請（專利權）人: 寧波市雨辰環保科技有限公司
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01J27/188;B01J37/03;B01J37/34;B01J23/92;B01J27/28;B01J38/14;B01D53/86;B01D53/72;B01D53/76
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛

一種室溫下催化活化氧氣清除揮發性有機物的催化劑的制備方法及其再生方法與應用，步驟：1)將金屬鋁粉溶解在飽和的高錳酸鉀水溶液中，控制反應溫度在10?90℃之間，金屬鋁和高錳酸鉀的重量百分比控制在1?50％之間；2)在超聲波場中冷卻沉淀得到固體催化劑，或者和多聚金屬氧酸鹽共沉淀得到固體催化劑。本發明原材料低廉、制造工藝簡單、易操作，制備成本較低；制備的催化劑能在環境條件下使用空氣中的氧氣來降解苯等無取代基芳香烴揮發性有機物，使用安全無毒；催化劑的催化活性能夠用臭氧就地再生，降低了催化劑的使用成本；能和多孔載體物質擠壓成其它形狀的物質，催化能力不受影響。

技術領域

本發明屬于空氣凈化技術領域，涉及一種全新的催化劑的制備方法，具體是一種室溫下催化活化氧氣清除揮發性有機物的催化劑的制備方法及其再生方法與應用。

背景技術

空氣中的揮發性有機物(VOCs)和水中的難降解有機物(POPs)，都會損害人體健康，特別是無取代基的芳香烴(例如苯、萘、等)，不少都是致癌物質(Carcinogen)。在室溫條件下，通過化學催化劑來催化活化空氣中的氧氣實現清除空氣中的揮發性有機物和水中的難降解有機物，包括微生物，不會產生二次污染物，并且實用能耗低，是空氣和水凈化領域中最理想和前沿的技術，雖然最近幾年開始出現相關的報道，已知的技術都存在一定的缺陷。我們以前發明成功的多數催化劑，催化活化得到的活性氧無法破壞降解無取代基的芳香烴(如苯、萘、等)。例如，含有貴金屬的雙金屬中心催化劑，如鈀(Pd)-銅(Cu)催化體系【專利公開號CN106807239A】，必須有甲醛相助、或者溫度高于一百攝氏度以上，才能催化活化空氣中的氧氣降解揮發性有機物苯；文獻報道的鈀(Pd)-金(Au)催化劑【J Phys Chem C,2015,卷119，11754-11762頁】活化的氧氣，在室溫下只具備氧化降解一氧化碳、烯烴和醇的能力；納米貴金屬微粒作為催化劑【鉑、金、銀、等，ACS Catalysis,2013,卷3，478-486頁】，也不具備室溫下降解無取代基芳香烴的能力，并且納米金屬微粒聚合變形導致催化劑快速失活；同時貴金屬如金和鈀等都價格貴，導致催化劑成本高；以釩(V)為催化中心的催化劑【Catalysis Letter,2015,卷145，1014-1021頁】，由于釩有劇毒，難以使用；鐵粉犧牲法用于活化氧氣的技術【Environ.Eng.Res.2015；卷20(3)，205-211頁】，需要使用超過需降解的揮發性有機物摩爾量的鐵粉；生物酶以及對應的仿生絡合物催化劑(如卟啉類絡合物等)雖然能夠在室溫下降解無取代基的芳香烴【Drug Metabolism Review,2002,卷34，691-708頁；Proc Natl Acad Sci USA,2016,卷113，12035-12040頁】，但是，它們易于被很多種物質毒化而失活，且這些物質作為催化劑催化的反應很慢；等等。

需要發明出一種全新的、原材料便宜、制造工藝簡單、制備和使用成本低的催化劑，能夠在環境條件下(室溫、一個大氣壓)，具備使用空氣中的氧氣來降解苯等無取代基芳香烴揮發性有機物的能力。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種工藝簡單、成本低的室溫下催化活化氧氣清除揮發性有機物的催化劑的制備方法，制備的催化劑能夠在室溫下使用空氣中的氧氣來降解無取代基芳香烴，具有使用安全無毒，且可再生的特點。

本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種上述催化劑的再生方法。

本發明所要解決的第三個技術問題是提供一種上述催化劑的應用。

本發明解決上述第一個技術問題所采用的技術方案為：一種室溫下催化活化氧氣清除揮發性有機物的催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

1)將金屬鋁粉在攪拌條件下分批次溶解在飽和的高錳酸鉀水溶液中，控制反應溫度在10-90℃之間，金屬鋁和高錳酸鉀的重量百分比控制在1-50％之間；

2)然后在超聲波場中冷卻沉淀得到固體催化劑，或者和多聚金屬氧酸鹽共沉淀得到固體催化劑，其中多聚金屬氧酸鹽的加入量為金屬鋁粉摩爾量的2.5～3.5倍。