[发明专利]一种用于催化臭氧氧化挥发性有机物的催化剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种用于催化臭氧氧化挥发性有机物的催化剂的制备方法，首先对天然鳞片石墨进行两次化学氧化插层处理、高温膨化后得到催化剂前体膨胀石墨，然后制备壳聚糖和沸石的混合胶体溶液，并将其与膨胀石墨混合均匀，进而对复合材料溶液进行成球处理；再以高锰酸钾和硫酸锰为浸渍液对冷冻干燥后的复合小球进行浸渍处理；最后得到负载二氧化锰活性组分的沸石‑膨胀石墨‑壳聚糖复合催化剂。本发明提供的用于催化臭氧氧化挥发性有机物的催化剂的制备方法，所需物料价廉易得、制备工艺简单、经济环保，催化剂质轻、比表面积大、且能够常温下高效催化臭氧氧化挥发性有机物，为臭氧氧化催化剂的研发和挥发性有机物的治理提供技术借鉴。

技术领域

本发明属于催化材料制备工艺领域，具体涉及一种用于催化臭氧氧化挥发性有机物的催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，大气环境面临前所未有的压力，重污染天气频繁发生，严重危害人类的健康，引起了公众及政府的重视。挥发性有机物有多种来源，主要包括：石化公司生产过程中的挥发，汽车尾气、印染行业使用的有机染料、油漆行业用到的化学溶剂以及其他行业所用到的制冷剂和发泡剂等，挥发性有机废气对于环境和人类危害巨大，因此探索一种经济、高效的处理挥发性有机气体的新工艺或新技术已经成为研究者们急需解决的问题。目前对于挥发性有机气体的处理方法主要有吸附法、等离子体技术、热力燃烧法、生物法和化学氧化法等。吸附法虽然在一定程度上能有效去除挥发性有机物，但吸附饱和之后，很难对吸附剂进行脱附，以至于吸附剂的后处理成为难题。低温等离子体法对挥发性有机物有较强的降解能力，但是由于空气放电产生臭氧、氮氧化物等物质会对环境造成二次污染。热力燃烧法虽然不会产生二次污染，但是其处理的高成本、高能耗限制了其应用。生物法与其他方法相比具有成本低、环保无二次污染等优点，但是只适用于处理低浓度的挥发性有机物，而且填料容易老化、填料湿度、pH难以控制等限制了其在工程上的应用。上述方法虽然能在一定程度上去除挥发性有机物，但都存在不同程度的问题，在工程上难以得到很好的应用。

高级氧化技术作为较有发展前景的技术之一，具有处理速率快、降解效果好、适用范围广等特点。臭氧氧化技术在处理难降解的有机物方面研究较多，且技术很成熟，已经实际应用于消毒、除臭、水处理等方面。但单一臭氧氧化存在反应需要较高臭氧浓度、与有机物反应速率较慢、不能将有机物彻底矿化、高选择性等问题。因此必须寻求合适的催化剂对臭氧氧化效率进行提高。研究成果表明，贵金属、金属氧化物对臭氧的分解非常有效，其中贵金属催化效果最为显著，但是由于价格昂贵、不易再生，故在实际应用中受到限制，目前金属氧化物催化剂因其氧化性能好、催化活性高、价格低等优势受到研究者们越来越多的关注，同时为了提高其催化性能，部分研究者尝试对过渡金属氧化物进行负载改性。然而，对于负载型催化剂需要解决的问题包括：载体的选择、载体的形态结构和组分、负载量的控制、活性组分的稳定性、制备过程的清洁性、可循环利用性、催化剂的后处理环保性等。

研究表明：锰系催化剂的催化效果较好，其中包括，二价锰离子催化剂和二氧化锰催化剂，在非均相催化剂制备过程中，选择合适的载体将二氧化锰负载到载体上，是一个值得研究的方向；其次，大部分挥发性有机气体不溶于水，所以必须提高其与催化剂的接触，才能提高去除效率；此外，催化剂的质量不能太大，否则会增加反应器的承重。本专利采用的膨胀石墨是一种多孔吸附材料，壳聚糖经过真空冷冻干燥也会形成多孔结构，沸石粉具有三氧化铝和三氧化铁的催化活性组分，这使得制得的复合材料载体具有丰富的孔道和较好的催化活性，再经负载二氧化锰后，成为一种优良的催化臭氧氧化挥发性有机物的催化材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种以壳聚糖、沸石粉和膨胀石墨为载体的用于催化臭氧氧化挥发性有机物的催化剂的制备方法。首先制备膨胀石墨和沸石-壳聚糖混合溶胶，将膨胀石墨与沸石-壳聚糖混合溶胶混合，去除气泡后将混合液滴入到氢氧化钠溶液中成球，然后对复合小球进行冷冻干燥处理，得到纳米孔复合小球，并对复合小球进行一水合硫酸锰、高锰酸钾溶液浸渍处理，最后得到负载二氧化锰活性组分的沸石-膨胀石墨-壳聚糖复合材料催化剂。

本发明的技术方案如下：