[发明专利]一种高孔率泡沫状MnO2催化材料及制备方法和应用

说明书

技术领域：

本发明涉及高孔率泡沫状材料的制造工艺技术，具体为一种高孔率泡沫状MnO₂催化材制及制备方法和应用，可应用到基于微处理器的紫外光度法臭氧分析仪的臭氧催化材料以及碱锰电池的高效催化活性物。

背景技术：

由于人为的原因破坏了大气臭氧层，连阳光也变得不再安全了。国际社会认为，臭氧层损耗、气候变暖与生物多样性锐减，已成为当前面临的三个最严重的全球环境问题。为了保护臭氧安享阳光，近年来各国都加强了环境监测力度并出台了一些行之有效的改善措施。“十五”期间，国家环保总局计划要装备400多个国家网络监测站，350多个环境信息中心，100个城市空气地面自动监测系统，这些都要靠仪器仪表来完成，其中涉及到的市场份额就达十亿至数百亿元。就环境质量监测领域而言，全国环保系统及各部门、行业、企业已建监测站4000多个，从业人员6万多人，还有几万个环境科研院所。项目包括：PM₁₀、SO₂、NO_x、O₃、CO、风向、风速、温度、湿度等空气污染物和气象参数测定，未来的5年间，环境监测仪器设备的总投资需求将达到20亿元左右，存在着极其广阔的市场发展空间。而目前国产环境监测仪器总体水平低，缺乏自己的核心技术，创新能力不强，自行研发的高新技术仪器设备的适用性较差，产品质量不高，性能不稳定，故障率高。

中国发明专利(公开号CN1129672)公开一种用于电池填充料的活性二氧化锰催化剂的制造方法，它是将含MnO₂70-72％的天然锰矿粉与谷壳催化剂混合配料，制浆时加入MnSO₄·H₂O增锰制浆，岐化氧化反应采用分次加料3-4次进行，洗涤时先用H₂SO₄溶液进行酸洗，中和反应加NH₄HCO₃，采用该方法具有不增加设备，提高工效，产品MnO₂含量稳定大于75％，视比重达1.8-2.1克/cm³，放电性能好，间歇放电和连续放电均达到或超过电解二氧化锰标准。其不足之处在于：(1)催化剂是粉状的，反应面积小；(2)化学纯度不够高，催化效果不理想。

目前在臭氧分析仪上使用的二氧化锰催化剂均为从美国或法国进口的产品，该产品是在二维网状结构的铜网或不锈钢网上负载二氧化锰而制得的，气体可以通过网状二氧化锰自由流通并在流经催化剂的同时使得臭氧得到催化，催化效率高。其不足之处在于：(1)反应面积小，一次需装入15片以上才能满足实际要求；(2)二氧化锰催化剂膜与基体结合强度低，使用过程中易导致催化剂层剥落，减短其使用寿命。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种在室温下能够高效率催化的高孔率泡沫状MnO₂催化材料及制备方法和应用，解决现有二维网状结构二氧化锰催化剂反应面积小，一次装入片数多，二氧化锰催化膜与基体结合强度低，使用过程中易导致催化层剥落，以及MnO₂催化物纯度低、催化效果差和使用寿命短等问题。

本发明的技术方案是：

一种高孔率泡沫状MnO₂催化材料，该催化材料是在泡沫海绵为基底材料上镀金属铜膜获得的泡沫状铜网表面上负载MnO₂氧化膜的高孔率复合泡沫状结构，铜膜的厚度为15微米-20微米，MnO₂氧化膜的厚度为8-12微米，泡沫状催化材料的空隙率为85-95％，比面积在12.6m²/m³-29.6m²/m³范围内根据实际需求可进行调整。

所述的高孔率泡沫状MnO₂催化材料的制备方法，以泡沫海绵为基底材料，负载金属Cu和MnO₂氧化膜形成高孔率泡沫状催化材料，具体步骤如下：

(1)基底材料的导电化处理；

(2)在基底材料上镀金属铜膜；

(3)热处理，将镀好的材料在700-850℃的真空炉或有氩气保护的气氛中进行热处理1-4小时，以去除网架中的有机泡沫成份，形成泡沫状金属铜网；

(4)在热处理后的泡沫状金属铜网表面上镀Mn膜；