[发明专利]一种臭氧分解催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种兼顾催化性能和耐水性能的臭氧分解催化剂及其制备方法与应用，属于能源环境领域中气体净化治理技术领域。所述臭氧分解催化剂包括载体、活性组分、助催化组分和强化组分；所述活性组分、助催化组分负载于所述载体，构成核心层；所述强化组分包裹在所述核心层的外周，构成强化层。臭氧分解催化剂采用“强化层@催化组分”或“强化层@催化组分@金属蜂窝基体”的构型，以保证催化剂在高通量、高湿度条件下的臭氧催化分解性能和耐水性能。本发明提供的“强化层@催化组分@金属蜂窝基体”构型的金属壁载臭氧分解催化剂尤其适用于飞机上环控系统和油箱惰化系统所涉及的臭氧转换器内部的臭氧分解催化剂需求。

技术领域

本发明属于能源环境领域中气体净化治理技术领域，尤其是涉及一种适用于高湿度、高通量条件下臭氧分解脱除应用的催化剂及其制备方法。

背景技术

大气中臭氧主要存在于距地面5～25km的平流层，通常民航飞机飞行高度在7～12.5km的海拔范围内，此高度下的臭氧浓度在0.4～0.8ppm左右。需要指出的是，飞机的环控系统通过压气机引进新风，之后会有一半的空气在内部循环利用，所以在一定高度巡航的飞机内部的臭氧浓度会增加至1～2ppm左右，严重危害机组人员和乘客的身体健康。因此，环控系统中的臭氧转换器就起到至关重要的作用。

臭氧转换器的核心是安装在其内部的臭氧分解催化剂，采用具有整体构型的金属蜂窝壁载催化剂构型，起到分解脱除臭氧的作用。由于使用环境特殊，具有气体通量高、湿度大等特点，臭氧转换器对其内部的催化剂要求严苛，除了保证良好的臭氧分解性能之外，还要求负载在金属基体表面的臭氧分解催化剂具有优良的机械稳定性和牢固度。常规的臭氧分解催化剂为了保证臭氧分解性能，通常焙烧温度相对较低，在350℃以下，然而在金属基体表面牢固负载催化剂的焙烧温度通常在500℃以上，在如此高温下焙烧，常用的臭氧分解催化剂性能会出现损伤。另外，在高湿度空气中的臭氧分解脱除的一个技术难点是催化剂具有优良的耐水性能，水会在催化剂表面形成一层水膜，抑制臭氧在活性位点的吸附，不利于臭氧分解脱除。

发明内容

鉴于此，本发明针对飞机臭氧转换器内部臭氧分解催化剂的性能要求，提供了一种“强化层@催化组分”构型的臭氧分解催化剂，在高通量下具有良好的臭氧分解性能和耐水性能，并且可以以壁载的形式牢固的负载在金属蜂窝基体之上，得到“强化层@催化组分@金属蜂窝基体”构型的整体催化剂。通过对制备工艺的优化，解决了催化剂涂层在金属基体表面的牢固度问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种臭氧分解催化剂，所述臭氧分解催化剂包括载体、活性组分、助催化组分和强化组分；

所述活性组分、助催化组分负载于所述载体，构成核心层；

所述强化组分包裹在所述核心层的外周，构成强化层；

所述活性组分中的活性元素包括Pd和Ni；

所述助催化组分中的助催化元素选自Al、Si、La、Ni或Mn中的至少两种；

所述强化组分中的强化元素包括Pd和Si。

可选地，所述活性组分与助催化组分总的负载量为载体质量的5％～50％；所述活性组分与助催化组分的质量比例为1:2～1:10000；

所述强化层的厚度为1～10微米。

一种上述臭氧分解催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：获得负载活性组分的载体，经干燥、焙烧处理后，得粉体A；

步骤2：配制含有粉体A、助催化组分的混合溶液，球磨后，得浆液S；

步骤3：浆液S经干燥、分散、焙烧、成型后，得半成品B；

步骤4：配制含有Pd元素的硅溶胶，得强化层前驱体P；