[发明专利]一种臭氧催化氧化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种臭氧催化氧化材料，以改性活性炭为基体，表面包覆有SiO₂膜，SiO₂膜的表面有过渡金属氧化物，其中改性活性炭占臭氧催化氧化材料的质量分数为40～80%，SiO₂占臭氧催化氧化材料的质量分数为5～50%，过渡金属氧化物占臭氧催化氧化材料的质量分数为1～15%；该臭氧催化氧化材料的催化效率高、稳定性好、使用寿命长，对高浓度的VOCs去除率始终为100%；能充分利用臭氧，提高臭氧催化氧化气态污染物的效率，节约臭氧使用量，降低能耗；同时，过渡金属氧化物具有良好的臭氧及有机物催化分解能力，可完全分解臭氧，没有残余臭氧产生，可避免二次污染。

技术领域

本发明涉及臭氧催化氧化材料制备技术领域，更具体地，涉及一种臭氧催化氧化材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，PM2.5和臭氧已成为各城市灰霾天气的元凶，而挥发性有机污染物（VOCs）则是臭氧和PM2.5生成的前驱体。同时，VOCs具有致畸、致癌、致突变的三致效应，对人体造成极大的危害，对生态环境造成巨大威胁，被称为“影子杀手”。因此，VOCs的治理具有重大意义，它被列为“十三五”的重要控制指标。

在众多的VOCs治理工艺中，高级氧化技术受到越来越多的关注。臭氧是一种强氧化剂，其标准电极电位为2.07V，氧化性仅次于氟。然而单一的臭氧氧化技术存在着需要臭氧浓度高、可能产生毒性更强的中间副产物、效率低、作用对象有限、对难降解物质作用不明显、残余臭氧二次污染等问题。因此，臭氧催化氧化技术应运而生，该技术将臭氧氧化技术和催化氧化技术有机结合，臭氧在催化剂的作用下产生具有更高活性的物质，如羟基自由基、氧自由基等，它们能够无选择性地攻击化合键，使化合物完全矿化为二氧化碳和水。

目前臭氧催化氧化技术在气体处理方面的研究相对较少，并且未进行广泛的运用。但总体来说，该技术存在亟待解决的问题：一方面，传统的臭氧催化剂分解臭氧性能较差、稳定性不好，催化剂无法充分利用臭氧，导致废气处理效率低下，同时，残余臭氧也会引发二次污染及造成资源浪费；另一方面，在一些臭氧催化氧化反应中只有部分VOCs被转化为CO₂，其余VOCs生成大量有毒副产物CO。因此，臭氧的催化氧化能力应得到有效的利用，另外还要合理控制臭氧的使用量。

中国发明专利CN102626629公开了一种负载型金属氧化物催化氧化催化剂，是以陶瓷滤球作为载体，硝酸镍溶液为活性组分，经水洗、酸泡、烘干、焙烧等步骤制得，该材料用于降解静态的水中污染物对硝基苯酚，但该材料存在残余臭氧二次污染、不适用连续流的气态污染物降解等缺点；中国发明专利CN105312061A公开了一种常温除臭氧催化材料，以高比表面积的多孔活性炭、分子筛为主的复合材料为载体，负载有一种或几种非贵金属氧化物为活性组分，同时负载有一种或几种还原性保护剂。该材料对臭氧具有良好的分解效率，但是并不能将臭氧加以利用于降解污染物，造成臭氧浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的上述不足，首先提供一种臭氧催化氧化材料。

本发明的第二个目的是提供所述臭氧催化氧化材料的制备方法。

本发明的第三个目的是提供所述臭氧催化氧化材料的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的：

一种臭氧催化氧化材料，是以改性活性炭为基体，表面包覆有SiO₂膜，SiO₂膜的表面有过渡金属氧化物，其中改性活性炭占臭氧催化氧化材料的质量分数为40～80%，SiO₂占臭氧催化氧化材料的质量分数为5～50%，过渡金属氧化物占臭氧催化氧化材料的质量分数为1～15%。