[发明专利]一种高效耐水的铜掺杂锰基催化剂的制备及其在低浓度臭氧分解中的应用

说明书

本发明公开了一种高效耐水的铜掺杂锰基催化剂的制备及其在低浓度臭氧分解的应用，属于臭氧净化催化剂技术领域。本发明的高效耐水臭氧分解催化剂以锰、铜作为活性组分，其制备方法为水热法。其制备过程为将一定量的高锰酸钾和醋酸锰分别溶于去离子水中，形成均匀溶液。再将醋酸锰溶液缓慢加入高锰酸钾溶液中，搅拌均匀，形成均一溶液。将硝酸铜固体加入上述均一溶液中，超声搅拌均匀，再将溶液转移到水热反应釜中，调节温度为140℃反应2h，反应结束后自然冷却，离心洗涤和酸处理干燥后得到最终材料。本发明的制备方法简便，材料易得。同时，该催化剂的耐水性能极佳，解决了催化剂不耐水的难题，能够适应各种工业生产环境，具有良好的市场应用前景。

技术领域

本发明属于臭氧净化催化剂技术领域，更具体的说，涉及一种高效耐水的臭氧分解催化剂及其在低浓度臭氧中的治理方法。

背景技术

近地面大气环境中的臭氧主要是由挥发性有机物和氮氧化物在光照下所产生的二次污染物。根据《广东省环境保护厅关于重点行业挥发性有机物综合整治的实施方案(2014-2017年)》(粤环[2014]130号)等文件的要求，开始对VOCs治理设施所产生的低浓度臭氧进行监管。此外，在日常生活中，人们接触到的打印机、复印机、紫外灯和各类家用电器在工作时均会向周围环境中释放少量臭氧，与大气中的臭氧叠加后可能会给人们的身体健康构成较大威胁。

室内存在的低浓度臭氧则对人体有极大危害，《中国居住区大气中臭氧卫生标准》(GB18066-2000)和《室内空气中臭氧卫生标准》 (GB/T18202-2000)均规定臭氧浓度不得高于100μg/m3。此外，根据美国国家环保局和世界卫生组织的相关研究，臭氧污染会对人体的呼吸系统、心血管系统、中枢神经系统等造成危害，臭氧24小时平均浓度每提升40μg/m3，会导致非正常死亡率显著提高。

近年来，臭氧所造成的危害也逐渐引起人们的重视，在臭氧超标的场所进行臭氧净化分解具有十分显著的意义，目前对空气中臭氧的治理方法主要有活性炭吸附法、药液吸收法、热分解法、稀释法和催化分解法等。活性炭吸附法成本低，但是活性炭容易吸附饱和，且吸附饱和后的活性炭存在发生二次污染的危害。药液吸收法的处理量少，成本较高，不易实现工业推广。热分解法尽管处理效果好，但是存在着能耗大的缺点，而且设备前期投入较高，成本大。而催化分解臭氧可以较好的弥补以上方法的不足，能够满足高分解率、长期稳定、安全、经济等要求，是比较理想的臭氧处理方法，也是现有最具有可行性的一种方法。

目前用于臭氧分解的催化剂大多为含锰催化剂，主要以单一二氧化锰催化剂为主。但现有常用的臭氧分解催化剂往往存在制备工艺复杂，成本高，抗湿性差，臭氧分解效率不高等问题，从而限制了臭氧分解催化剂的广泛应用。因此，研制出一种制备工艺简单，成本低廉，且在不同湿度下均可以高效处理环境中臭氧的催化剂对于减轻臭氧的危害具有重大的意义，同时具有良好的应用前景。

研究表明，通过对单一二氧化锰催化剂体系掺杂贵金属元素、非贵金属元素以及过渡金属元素，可以增强臭氧催化剂的降解效率。通过对催化剂进行酸处理，可以提高催化剂的抗水性能。同时，掺杂元素后的臭氧催化剂能够提高使用寿命和适应范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效耐水臭氧分解催化剂的制备方法，该方法工艺简单、成本低廉，合成的催化剂降解臭氧性能优异，且抗水性能优异，适合工业推广。

本发明提供用于高效降解臭氧的耐水催化剂，其特征在于以高锰酸钾和醋酸锰为原料，在水体系中添加适量铜源进行掺杂，利用简单的水热法制得高效耐水的臭氧分解催化剂，其具体制备步骤为：