[发明专利]一种自负载型催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种自负载型催化剂、自负载型催化剂的制备方法与应用。该自负载型催化剂包括泡沫铁和负载于所述泡沫铁上的镍铁层状双金属氢氧化物。本发明的催化剂制备流程简单，可在较苛刻的条件下，稳定高效地分解臭氧，能够应用于各种含有臭氧的气体的处理。

技术领域

本发明属于环境催化技术领域，涉及一种自负载型催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

臭氧是一种强氧化性气体，研究表明，长期接触臭氧会导致呼吸系统疾病、皮肤老化甚至危害人类心理健康。在大气中，臭氧主要来自VOCs与NO_x的光化学反应，导致空气质量恶化。室外臭氧可以通过空气交换增加室内臭氧浓度。空气净化器和复印机的使用也会提高室内臭氧浓度。另一方面，由于臭氧在消毒领域以及废气和废水的高级氧化处理中的广泛应用，废气中的臭氧也需要在释放到空气中之前去除。因此，消除臭氧对于保护人类和环境具有重要意义。

目前，催化分解被认为是消除臭氧的最佳方法。CN111408378A中公开了一种用于臭氧分解的粉末催化剂，其为拥有镍铁水滑石结构的层状双金属氢氧化物，具有优异的臭氧分解活性和稳定性。然而，在实际应用，粉末催化剂必须浸渍或涂覆在蜂窝陶瓷或其他载体上。粉末催化剂的包覆工艺复杂，催化剂与载体的结合力较弱，容易导致整体催化剂的性能劣化。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种自负载型催化剂，所述催化剂制备流程简单，可在较苛刻的条件下，稳定高效地分解臭氧，能够应用于各种含有臭氧的气体的处理。

本发明的第一方面提供了一种自负载型催化剂，其包括泡沫铁和负载于所述泡沫铁上的镍铁层状双金属氢氧化物。本发明中，泡沫铁既作为自支撑载体承载镍铁层状双金属氢氧化物，又能够起到一定活性组分的作用，促进臭氧的催化分解。

根据本发明的一些实施方式，所述镍铁层状双金属氢氧化物中的铁元素来源于泡沫铁。催化剂与载体之间的牢固性对整体催化剂的寿命有重要影响，本发明巧妙的采用泡沫铁提供合成镍铁层状双金属氢氧化物中所用到的铁元素，能够极大的提高镍铁层状双金属氢氧化物与泡沫铁之间的结合力，提高催化剂的结构稳定性。

根据本发明的一些实施方式，以镍元素的质量计，所述镍铁层状双金属氢氧化物的负载量为(10mg-40mg)/cm³。在一些实施方式中，所述镍铁层状双金属氢氧化物的负载量为11mg/cm³、13mg/cm³、15mg/cm³、16mg/cm³、17mg/cm³、18mg/cm³、19mg/cm³、20mg/cm³、21mg/cm³、23mg/cm³、25mg/cm³、27mg/cm³、29mg/cm³、30mg/cm³、32mg/cm³、34mg/cm³、36mg/cm³、38mg/cm³或它们之间的任意值。在一些实施方式中，所述镍铁层状双金属氢氧化物的负载量为(14mg-20mg)/cm³。

本发明的第二方面提供了一种自负载型催化剂的制备方法，其包括使泡沫铁与包含镍源和沉淀剂的第一溶液混合后，进行水热反应。

根据本发明的一些实施方式，所述方法还包括水热反应完成后，将得到的自负载型催化剂洗涤至中性、干燥。在一些实施方式中，所述干燥的温度为60℃-90℃，所述干燥的时间为4h-12h。

本发明中，以泡沫铁作为自负载载体，采用简单的一步水热法成功合成了镍铁层状双金属氢氧化物/泡沫铁整体式催化剂，其中，泡沫铁既作为载体，又作为合成镍铁层状双金属氢氧化物的铁源，能够极大的提高镍铁层状双金属氢氧化物与泡沫铁之间的结合力，提高催化剂的催化性能及结构稳定性。