一种适用于常温常压的高效型臭氧催化剂及制备方法

技术领域

本发明涉及一种臭氧催化剂，具体涉及一种适用于常温常压的高效型臭氧催化剂及制备方法。

背景技术

臭氧在高层大气中是有益的物质，能够吸收有害的紫外线辐射，但在近地面臭氧含量过高会直接损害人类的身体健康，如引起呼吸系统疾病，中枢神经中毒破坏免疫力诱发染色体病变，破坏皮肤的维生素E等，高浓度臭氧会使植物叶片脱落，导致大批经济作物受损，臭氧还能氧化橡胶，能使塑料制品掉色，臭氧对生活用品和工业用品的损害较大，据统计英国因为臭氧对生活、工业用品、建筑材料等造成的损失每年达到10亿元，而且研究表明臭氧是雾霾、PM2.5形成的重要前驱物，大气污染的重要成因。

臭氧因具有强氧化性，被广泛应用于水和空气的脱臭、杀菌，以及废水的脱色，COD的去除和芳香族有机物的分解，但在处理过程中臭氧不能完全被利用，剩余的臭氧排入空气中会造成环境污染，近年来由于治理挥发性有机物(VOCs)的设备UV光解、低温等离子的大量滥用现象，导致臭氧超排非常严重，臭氧污染天数呈不断上升趋势，因此在臭氧进入大气之前对其处理时非常有必要的。

然而对臭氧废气领域催化剂的选择产生仍存在有许多问题，现有贵金属臭氧催化剂原料的稀缺、不可再生及价格昂贵；以及现有常规金属氧化物臭氧催化剂效率低下，寿命短等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中的臭氧催化剂效率较低，活性低，制备工艺复杂且成本高，本发明提供了解决上述问题的一种适用于常温常压的高效型臭氧催化剂及制备方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于常温常压的高效型臭氧催化剂的制备方法，进一步优化，包括以下步骤：

步骤1：将载体、分散助剂、活性助剂和活性物质加水进行混合后，搅拌均匀，得到粘性浆料；

步骤2：将步骤1中的粘性浆料经模具成型，得到成型体；

步骤3：将步骤2中的成型体进行分段烘干后，煅烧得到高效型臭氧催化剂。

本发明中提供的一种适用于常温常压的高效型臭氧催化剂的制备方法，采用载体与分散助剂、活性助剂和活性物质之间进行整体的构架，即可优选经蜂窝模具或挤条模具将粘性浆料成型为蜂窝状或条形状，之后通过惰性气体的保护进行煅烧处理，完成臭氧催化剂的制备；通过优化制备方法，提高臭氧催化剂的活性及催化效率，改善制备工艺降低成本。

进一步优选，所述步骤1中的载体、分散助剂、活性助剂、活性物质和水按照质量比为 (50％-90％)：(2％-5％)：(0.5％-2％)：(10％-45％)：(8％-20％)进行混合。

进一步优选，所述步骤1中的载体为二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁和拟薄水铝石；所述二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁和拟薄水铝石按质量比为(30％-50％)：(20％-40％)：(5％-15％)：(1％-10％)进行配置。

进一步优选，所述步骤1中的分散助剂为质量比为5％-10％的氧化镧、质量比为2.5％-5％的氧化锆和质量比为1％-5％的氧化钙中的两种或两种以上。通过加入分散助剂，提高了粘性浆料的稳定性，增大分散度。

进一步优选，所述步骤1中的活性助剂为质量比为3％-15％的二氧化铈和按质量比为 0.5％-2％的氧化镨中的一种或多种。通过加入活性助剂，能够提高其催化活性，从而改善臭氧催化效率。

进一步优选，所述步骤1中的活性物质为金属含量摩尔比为0.6-10的硝酸锰、金属含量摩尔比为0.05-5的硝酸镍和金属含量摩尔比为0.05-1的硝酸铁中的两种或两种以上。通过加入活性物质，与活性助剂起到协同作用，改善其转化效率。

进一步优选，所述步骤1中的搅拌频率为30r/min-50r/min，搅拌时间为2h-5h。通过调控搅拌过程中的条件参数，以确保原料能够充分混合，有效均匀分散，提高其分散度。

进一步优选，所述步骤2中分段烘干包括第一段烘干、第二段烘干，所述第一段烘干的温度为80℃-125℃，第一段烘干的时间为12h-24h；所述第二段烘干的温度为150℃-190℃，第二段烘干的时间为8h-12h。通过分段烘干，以延长催化剂使用寿命，提升其抗高温程度。

进一步优选，所述步骤2中煅烧的温度为350℃-600℃，控制升温速率为2℃/min-13℃ /min，煅烧时间为2h-4h，煅烧气体为氮气。通过惰性气体保护下进行煅烧，提高其催化剂孔结构，提高稳定性，稳定性优良。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明提供一种适用于常温常压的高效型臭氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将载体、分散助剂、活性助剂和活性物质加水进行混合后，搅拌均匀，得到粘性浆料；步骤2：将步骤1中的粘性浆料经模具成型，得到成型体；步骤3：将步骤2中的成型体进行分段烘干后，煅烧得到高效型臭氧催化剂。通过优化制备方法，提高臭氧催化剂的活性及催化效率，改善制备工艺降低成本；

2、本发明所述步骤1中的载体、分散助剂、活性助剂、活性物质和水按照质量比为(50％-90％)：(2％-5％)：(0.5％-2％)：(10％-45％)：(8％-20％)进行混合；所述步骤1中的载体为二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁和拟薄水铝石；所述二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁和拟薄水铝石按质量比为(30％-50％)：(20％-40％)：(5％-15％)：(1％-10％)进行配置；所述步骤1中的分散助剂为质量比为5％-10％的氧化镧、质量比为2.5％-5％的氧化锆和质量比为1％-5％的氧化钙中的两种或两种以上；活性助剂为质量比为3％-15％的二氧化铈和按质量比为0.5％-2％的氧化镨中的一种或多种；活性物质为金属含量摩尔比为0.6-10的硝酸锰、金属含量摩尔比为0.05-5的硝酸镍和金属含量摩尔比为0.05-1的硝酸铁中的两种或两种以上；提高了催化剂的稳定性，增大其分散度，改善催化剂活性；

3、本发明所述步骤1中的搅拌频率为30r/min-50r/min，搅拌时间为2h-5h；所述步骤2 中分段烘干包括第一段烘干、第二段烘干，所述第一段烘干的温度为80℃-125℃，第一段烘干的时间为12h-24h；所述第二段烘干的温度为150℃-190℃，第二段烘干的时间为8h-12h；所述步骤2中煅烧的温度为350℃-600℃，控制升温速率为2℃/min-13℃/min，煅烧时间为 2h-4h，煅烧气体为氮气；通过优化工艺步骤，有效降低生产成本，改善催化剂转化效率及催化活性。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本发明优选一种适用于常温常压的高效型臭氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：载体采用二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁、拟薄水铝石作为基础骨架，且二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁和拟薄水铝石按质量比为45％：30％：15％：10％进行配置；分散助剂则为质量比为8％的氧化镧、质量比为2.5％的氧化锆和质量比为1％的氧化钙；活性助剂为质量比为10％的二氧化铈和按质量比为0.8％的氧化镨；活性物质为金属含量摩尔比为8的硝酸锰、金属含量摩尔比为4的硝酸镍和金属含量摩尔比为0.08的硝酸铁；将选择后的载体、分散助剂、活性助剂和活性物质与去离子水按照质量百分比为60％：2.5％：1％：22％：14.5％进行混合，用浆料搅拌罐进行匀速搅拌，搅拌频率控制为40r/min，搅拌时间为4h后，得到粘性浆料；

步骤2：将步骤1中的粘性浆料经蜂窝模具过200目筛成型，得到成型体；

步骤3：将步骤2中的成型体进行分段烘干，第一段烘干的温度为80℃，第一段烘干的时间控制为12h后，进行第二段烘干，第二段烘干的温度为150℃，第二段烘干的时间控制为8h后，进行煅烧，控制煅烧的温度为350℃，其中控制升温速率为5℃/min，煅烧时间为2h，煅烧气体为保护性氮气，得到高效型臭氧催化剂。

实施例2

一种适用于常温常压的高效型臭氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：载体采用二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁、拟薄水铝石作为基础骨架，且二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁和拟薄水铝石按质量比为35％：40％：15％：10％进行配置；分散助剂则为质量比为6％的氧化镧、质量比为2.5％的氧化锆和质量比为1％的氧化钙；活性助剂为质量比为3％的二氧化铈和按质量比为0.5％的氧化镨；活性物质为金属含量摩尔比为6的硝酸锰、金属含量摩尔比为3的硝酸镍和金属含量摩尔比为0.05的硝酸铁；将选择后的载体、分散助剂、活性助剂和活性物质与去离子水按照质量百分比为50％：2％：1％：35％：12％进行混合，用浆料搅拌罐进行匀速搅拌，搅拌频率控制为40r/min，搅拌时间为4h后，得到粘性浆料；

步骤2：将步骤1中的粘性浆料经蜂窝模具过200目筛成型，得到成型体；

步骤3：将步骤2中的成型体进行分段烘干，第一段烘干的温度为80℃，第一段烘干的时间控制为12h后，进行第二段烘干，第二段烘干的温度为150℃，第二段烘干的时间控制为8h后，进行煅烧，控制煅烧的温度为350℃，其中控制升温速率为5℃/min，煅烧时间为2h，煅烧气体为保护性氮气，得到高效型臭氧催化剂。

实施例3

一种适用于常温常压的高效型臭氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：载体采用二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁、拟薄水铝石作为基础骨架，且二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁和拟薄水铝石按质量比为48％：34％：13％：5％进行配置；分散助剂则为质量比为10％的氧化镧、质量比为5％的氧化锆和质量比为5％的氧化钙；活性助剂为质量比为15％的二氧化铈和按质量比为2％的氧化镨；活性物质为金属含量摩尔比为0.6的硝酸锰、金属含量摩尔比为0.05的硝酸镍和金属含量摩尔比为0.05的硝酸铁；将选择后的载体、分散助剂、活性助剂和活性物质与去离子水按照质量百分比为79％：2.5％：0.5％：10％： 8％进行混合，用浆料搅拌罐进行匀速搅拌，搅拌频率控制为40r/min，搅拌时间为4h后，得到粘性浆料；

步骤2：将步骤1中的粘性浆料经蜂窝模具过200目筛成型，得到成型体；

步骤3：将步骤2中的成型体进行分段烘干，第一段烘干的温度为80℃，第一段烘干的时间控制为12h后，进行第二段烘干，第二段烘干的温度为150℃，第二段烘干的时间控制为8h后，进行煅烧，控制煅烧的温度为350℃，其中控制升温速率为5℃/min，煅烧时间为2h，煅烧气体为保护性氮气，得到高效型臭氧催化剂。

将上述实施例所制备的臭氧催化剂进行活性测试：

1、转化效率的检测：测试废气为臭氧(干)、臭氧+5％水汽；进气浓度依次为高、中、低，进气流量为1000mL/min，空速10000h

2、稳定性的检测：测试废气为臭氧(干)；进气浓度为1000ppm，进气流量为1000mL/min，空速20000h

则该实施例即本发明提供的臭氧催化剂的活性测试性能见表1、表2。

将上述一种适用于常温常压的高效型臭氧催化剂的制备方法所制备的臭氧催化剂与某贵金属臭氧催化剂厂家制备的臭氧催化剂即为对比例1以及某常规金属氧化物臭氧催化剂厂家制备的臭氧催化剂即为对比例2进行转化效率检测，其中进气浓度为1000ppm，进气流量为 1000mL/min，空速20000h-1臭氧催化剂体积为3mL，其转化效率见表3。

表1转化效率

表2稳定性

表3转化效率

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。