[发明专利]多组分沸石材料及其制备方法和在臭氧净化脱除中的应用

说明书

本发明属于吸附和催化领域，具体涉及一种多组分沸石材料及其制备方法和在臭氧净化脱除中的应用。所述多组分沸石材料的组分组成为：A_xB_yC_1‑x‑y‑Z、N‑Z或N‑A_xB_yC_1‑x‑y‑Z；其中，A为A金属离子，占比为x；B为B金属离子，占比为y；C为C金属离子，占比(1‑x‑y)；Z为沸石；N表示沸石材料经铵盐溶液浸泡处理。所述多组分沸石材料在臭氧净化脱除中应用时；所述多组分沸石材料含有较高的金属负载量，用于臭氧净化脱除时可提高臭氧脱除的活性位点；所述多组分沸石材料丰富的孔道和较大的比表面积可以吸附臭氧；活性位点既可以催化臭氧分解，也可以促进臭氧吸附。

技术领域

本发明属于吸附和催化领域，具体涉及一种多组分沸石材料及其制备方法和在臭氧净化脱除中的应用。

背景技术

臭氧是一种常见的对人体健康及环境有损害的气体。臭氧可以刺激呼吸系统，引起肺功能降低等人体健康问题。在大气环境中，氮氧化物和二甲苯等挥发性有机化合物经阳光照射就可以生成臭氧。因为空气流通，室外臭氧会影响室内臭氧浓度。室内臭氧的其他来源还包括打印机、复印机、消毒设备和用于空气和水处理的臭氧发生器等设备。在许多情况下，室内臭氧浓度超过允许限值，所以需要控制室内空气臭氧浓度。除此之外，臭氧广泛存在于大气平流层，即客机航线主要飞行气层，因此要求从新风中去除臭氧。

美国职业安全和健康管理局(OSHA)确定了人类对臭氧的最大允许暴露量，在0.1ppm条件下，暴露时间最长为8小时；在0.3ppm条件下，暴露时间最长为15分钟。我国《环境空气质量标准》(GB3095-2012)规定，日最高8小时平均臭氧浓度限值为100μg/m³(一级标准)和160μg/m³(二级标准),1小时平均臭氧浓度限值为160μg/m³(一级标准)和200μg/m³(二级标准)。

目前，国内外广泛应用的去除臭氧的材料有活性炭材料，金属氧化物如氧化锰、氧化银，混合金属催化剂如Ce-Fe-Mn三元催化剂等，但普遍存在不易再生、老化快、成本高、制备工艺复杂与产业化难等不足。低成本的沸石材料作为新的替代材料逐渐受到国内外学者青睐。众所周知，沸石的孔道丰富，表面积大，在工业上作为吸附剂脱除二氧化氮、二氧化硫、氮氧化物等污染气体。Brodu(Chemical engineering journal 231(2013):281-286)研究了沸石和臭氧的相互作用机制，并认为沸石骨架上的Lewis酸位数量与强度是分解臭氧的关键所在。E.F.Mohamed(Environmental technology 39.7(2018):878-886)等研究了金属阳离子对沸石和臭氧相互作用的影响，并认为沸石上具有还原性的金属离子可以与臭氧发生分解反应。

沸石骨架是由SiO₄^-和AlO₄^-四面体结构通过氧原子连接组合成的，可以形成多种笼状结构和多种孔道。沸石骨架可以分解成不同大小的环，对应不同的孔径，分为小孔(8元环，0.38nm)，中孔(10元环，0.56nm)，大孔(12元环，0.74nm)和超大孔沸石(大于12元环，大于0.74nm)。CHA型沸石孔径约0.38nm，ZSM-5约为0.56nm。由于气体具有不同的分子直径、不同的极性，所以可以选择性的进入沸石的内部孔道、或者吸附在沸石表面。

沸石具有离子交换特性。分子筛表面和孔道会有相应的阳离子(H⁺或者金属阳离子Na⁺、Ca²⁺等)以均衡电性。通常，可以通过一些措施和手段人为的让某一种或多种目标金属阳离子去替换沸石原本携带的阳离子，此行为称为改性。不同金属原子具有不同的直径，如Fe³⁺的半径是0.055nm，Mn²⁺的半径是0.053nm，Ce³⁺的半径是0.102nm，有的金属离子可以进入孔道内部置换，有的只能负载在孔道口。