[发明专利]一种用于分解臭氧的催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供的一种用于分解臭氧的催化剂，该催化剂由MnO、Mn₂N_0.86和C组成。本发明还提供了制备所述催化剂的方法，MnAc₂·4H₂O加入乙醇中充分搅拌至完全溶解，然后加入三聚氰胺混合至均匀，搅拌蒸干，随后蒸干的样品焙烧，得到MnO‑Mn₂N_0.86‑C催化剂。本发明的优点在于，即使在相对湿度为90％的条件下所述催化剂仍具有高活性和稳定性，制备本发明的催化剂原料、条件也很容易获取，制备成本低，容易规模化生产和推广。

技术领域

本发明属于化学催化剂技术领域，具体为一种用于分解臭氧的催化剂及其制备方法。

背景技术

众所周知，对于人类赖以生存环境而言，臭氧起到双刃剑的作用。在平流层，臭氧能够抵挡紫外线直接照射地球，是大自然的天然保护屏障；对流层臭氧是一种温室气体，会导致全球变暖和空气质量下降。高浓度的对流层臭氧还会对生态系统产生有害影响，如粮食减产，森林和草原生产力下降，直接威胁生物多样性。此外作为一种强氧化剂，臭氧广泛应用于食品、污水处理、医疗卫生等行业。臭氧的残留导致排放的尾气中含有一定浓度的臭氧，这些尾气需要去除臭氧后才能排放。随着现代办公设备的普及，激光打印机，复印机等机器，以及臭氧消毒设备等的大量使用，通过高压放电、电晕放电或紫外线辐射而产生臭氧，在封闭环境中导致臭氧浓度短时间内大幅提升。据报道，人在短期处于高浓度的臭氧环境中会对呼吸系统造成伤害包括引发咳嗽、呼吸困难及肺功能下降等情况。人长期接触臭氧会带来多种有害影响，包括神经系统疾病、肺功能下降和气道炎症、高血压、加速衰老等。因此，臭氧分解研究对环境保护和人类健康具有重要意义。

目前，臭氧的去除方法有化学吸附法、电磁波辐射法、热分解法、催化分解法等。催化分解法因具有能耗低，操作简单和转化效率高等特点被广泛研究应用。催化分解臭氧的催化剂主要包括贵金属和过渡金属氧化物。

有研究(Journal of Hazardous Materials，2009，172，631-634)对Pd-Mn催化剂分解臭氧的反应进行了报道，在空速(GHSV)＝635000h^-1，反应温度为40℃的条件下,反应80h后臭氧转化率为90％，展现了优良的臭氧分解性能。但是这种使用贵金属Pd的催化剂生产成本相当之高。中国专利CN102513106A、CN101402047A、CN101757933A公开了以氧化锰、氧化铁等过渡金属氧化物作为活性组分的复合催化剂，其合成过程一般需要高温高压，生产过程复杂、能耗较高，且部分催化剂的催化性能受湿度干扰较大。因此，寻找一种制备简单、在潮湿环境下稳定性高的低成本臭氧分解催化剂很有必要。

发明内容

为解决现有技术的催化剂潮湿环境下稳定性差的问题，本发明提供了一种用于分解臭氧的催化剂及其制备方法，其实现的目的为，制备方法和条件容易获取和操作，制备出的催化剂即使在相对湿度为90％的条件下仍具有高活性和稳定性。

为了实现上述目的，本发明公开的技术方案为：本发明提供的一种用于分解臭氧的催化剂，该催化剂由MnO、Mn₂N_0.86和C组成，所述各成分在催化剂中的质量百分含量分别为：MnO为38％，Mn₂N_0.86为60％，C为2％。

本发明还提供了制备所述催化剂的方法，包括如下步骤:

按照醋酸锰MnAc₂·4H₂O和三聚氰胺的质量比为2:1，乙醇的质量为MnAc₂·4H₂O和三聚氰胺总质量的10倍,MnAc₂·4H₂O加入乙醇中充分搅拌至完全溶解，然后加入三聚氰胺混合至均匀，并在90℃水浴中搅拌蒸干，随后蒸干的样品在氮气氛围下以5℃/min的升温速率，升到850℃焙烧1小时，得到MnO-Mn₂N_0.86-C催化剂。