[发明专利]一种铜、钴共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

本发明公开了一种稳定性与抗水能力较强的铜、钴共掺杂锰基催化剂的制备及其在低浓度臭氧分解中的应用，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是以铜、钴及锰作为活性组分利用水热法制备而成。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。将硝酸铜固体及硝酸钴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150℃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，克服了现有工艺在催化剂上的抗水能力差的问题，且制备工艺简单，材料易得，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于臭氧净化催化剂技术领域，具体涉及一种高效耐湿臭氧分解催化剂及其制备方法。

背景技术

臭氧是强氧化剂，也是广谱杀菌消毒剂，在多个方面均有应用。在使用过程中，由于利用率较低，往往会在室内产生大量的残留臭氧。这些低浓度臭氧会危害到人体健康，我国《环境空气质量标准GB3095-2012》规定一、二级标准分别为1小时均值不大于0.16与0.20mg/m³(约0.08与0.10ppm)，而《室内空气质量标准GB/T 18883-2002》则规定室内空气中1小时均值不大于0.16mg/m³。

目前臭氧的去除方法主要有活性炭法、热分解法、等离子体分解法、药液吸收法以及催化分解法。活性炭法是利用活性炭吸附臭氧，对臭氧的去除效果较好，但是活性炭对高度的臭氧去除不适用，而且需要经常更换或再生，并且在实际应用中受到多种因素的影响。热分解法是将气体加热至高温，通过热分解或燃烧的方式发生氧化还原反应，分解臭氧。等离子体分解法是在高压放电的过程中产生等离子体，等离子体使臭氧分解成氧气。药液吸收法是通过药液与臭氧之间的氧化还原反应将臭氧吸收，但此方法存在废液处理的问题，在实际中的应用较少。催化分解法是目前研究最多和应用最多的方法，它可以弥补以上方法的不足，并且对于臭氧的去除率也较高，同时满足安全、经济的要求，是目前较为理想的方法。

现有技术的中臭氧催化剂大多为贵金属或复合氧化物。贵金属催化臭氧效率好，但是价格昂贵，难以向市场推广；复合金属氧化物体系催化剂，在实际工业处理过程中容易受到水汽影响，从而降低其使用寿命。研究发现，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。这就解决了现有技术指标臭氧分解催化剂性能不够稳定、使用寿命短、抗湿能力较差的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供了一种铜、钴共掺杂锰基催化剂的制备方法和应用，所得催化剂具有优良的催化分解能力，并具有良好的抗水能力，可在工业中推广。

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，在水体系中掺杂适量铜源与钴源，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：

将高锰酸钾、醋酸锰分别溶解于去离子水中，搅拌均匀形成均一溶液,将硝酸铜固体与硝酸钴固体加入上述均一溶液中，超声搅拌均匀形成均一溶液。将上述均一溶液置于水热反应釜中于130～160℃中水热反应1-6小时，离心洗涤干燥后得到铜、钴共掺杂的二氧化锰催化剂粉末。再将该催化剂粉末置于2-4mol/L的硝酸中进行酸处理10-30min，烘干备用。将上述粉末加入聚四氟乙烯乳液中，加入去离子水，超声搅拌均匀，将催化剂载体放进浸渍液中，超声浸渍，烘干得到高效耐水臭氧分解催化剂成品。

本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：

本发明的一种铜、钴共掺杂锰基催化剂的制备方法，通过铜、钴掺杂二氧化锰作为活性组分，较贵金属及复合氧化物催化活性更佳，保证其使用效果。