降解臭氧協同去除VOCs的催化劑及其製備方法和應用的製作方法

2023-05-15 21:18:01 1

降解臭氧協同去除VOCs的催化劑及其製備方法和應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種降解臭氧協同去除VOCs的催化劑，該催化劑包含活性炭載體、主活性組分、助活性組分，所述主活性組分為負載在活性炭上的錳氧化物，所述助活性組分為負載在活性炭上的稀土金屬氧化物。本發明還公開了上述催化劑的製備方法和應用。本發明的催化劑，在常溫下能將O-3轉化為無害的O-2，轉化率達到98%以上，同時能協同去除微量的VOCs，甲醛脫除效率可達到99%左右，甲苯的脫除率可達到89%以上。
【專利說明】降解臭氧協同去除VOCs的催化劑及其製備方法和應用

【技術領域】
[0001] 本發明涉及室內空氣汙染控制【技術領域】，尤其涉及一種降解臭氧協同去除V0CS 的催化劑及其製備方法和應用。

【背景技術】
[0002] 現代建築材料、裝修材料、絕熱材料、粘結樹脂、地毯、氣溶膠型清潔劑空氣清新 劑等都會在室內產生許多化學物質(如揮發性有機化合物，包括苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、 三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二異氰酸酯、二異氰甲苯酯等，這些揮發性有機化合物簡稱 VOCs )，其中有些物質對人體有致癌作用。隨著人們對室內空氣現狀認識的增加，其對空氣 質量的要求也逐漸提高。為了迎合消費者改善室內空氣品質的需求，目前市場上正在銷售 多款室內空氣淨化器產品。這些產品在降解室內VOCs時多採取的核心技術為等離子體或 光催化，這兩種方法在降解VOCs過程中會存在降解不完全同時伴隨低濃度0 3產生的問題， 造成二次汙染。中華人民共和國環境空氣品質標準中〇3在空氣中的二級標準濃度為〇. 26 mg/m3。較高濃度的03會對人體的呼吸道造成損傷，引發多種疾病。因此，降解空氣淨化器 尾端氣體中的微量VOCs及0 3是目前空氣淨化器開發完善的研究熱點。


【發明內容】

[0003] 本發明要解決的技術問題是克服現有以光催化和等離子體為技術核心的空氣淨 化器產生臭氧及不能完全降解VOCs的缺陷，提供一種降解臭氧協同去除VOCs的催化劑，該 催化劑以負載在蜂窩活性炭上的氧化錳(Mn/AC)為主活性組分，以鐵、鈷、鎳、鈰、或鑭等金 屬氧化物為助活性組分，適用於將空氣淨化器尾氣中的有害物質低濃度〇 3和微量VOCs進 一步降解。
[0004] 為了解決上述技術問題，本發明通過如下技術方案實現： 在本發明的一個方面，提供了一種催化劑，包含活性炭載體、主活性組分、助活性組分， 所述主活性組分為負載在活性炭上的錳氧化物， 所述助活性組分為負載在活性炭上的稀土金屬氧化物， 上述各組分的質量百分比如下： 錳氧化物 5-10% 稀土金屬氧化物 0. 1-2% 活性炭 88-94%。
[0005] 優選的，所述助活性組分還包括負載在活性炭上的除錳之外的過渡金屬氧化物， 其質量百分比為0.9-5%。
[0006] 所述稀土金屬氧化物包括鈰或鑭氧化物；所述除錳之外的過渡金屬氧化物包括 鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鉻或銀氧化物。
[0007] 優選的，所述活性炭為蜂窩活性炭。
[0008] 在本發明的另一方面，提供了一種催化劑的製備方法，包括以下步驟： 將可分解的錳鹽和可分解的稀土金屬鹽混合，加入水配製成溶液，將活性炭浸漬於該 配製的溶液中； 將浸漬後的活性炭烘乾，在氮氣氛圍下320-400°C鍛燒4-12小時，得催化劑。
[0009] 所述可分解的錳鹽包括硝酸錳、醋酸錳、或碳酸錳。
[0010] 所述可分解的稀土金屬鹽包括稀土金屬的硝酸鹽、醋酸鹽、或碳酸鹽，所述稀土金 屬包括鈰或鑭。
[0011] 在本發明的另一方面，還提供了一種上述催化劑的應用，用於製備空氣淨化劑。
[0012] 優選的，所述催化劑適用於淨化空氣淨化器尾氣中的臭氧及少量VOCs，即同步降 解空氣淨化器產生的〇_5mg/m 3的臭氧及未降解的0-5mg/m3的VOCs。
[0013] 本發明的催化劑，具有如下優點： (1)當氣體中含0-5mg/m3的臭氧及0-5mg/m3的VOCs時，本發明催化劑能在常溫下將 〇3轉化為無害的〇2，轉化率達到98%以上，同時能協同去除微量的VOCs，甲醛脫除效率可達 至IJ 99%左右，甲苯的脫除率可達到89%以上。
[0014] (2)本發明催化劑具有較好的穩定性能，在反應溫度為25°C，空速50, 000 1Γ1的條 件下，100小時內未觀察到催化劑活性下降的現象，臭氧降解活性保持在95%以上。
[0015] (3)本發明催化劑組分簡單，原料易得，製備方法簡便，非常適用於實際應用。

【具體實施方式】
[0016] 本發明研製出了一種降解臭氧協同去除VOCs的催化劑，該催化劑包含活性炭載 體、主活性組分、助活性組分，其中，主活性組分為負載在活性炭上的錳氧化物，助活性組分 為負載在活性炭上的稀土金屬氧化物，上述各組分的質量百分比如下：錳氧化物5-10%; 稀土金屬氧化物〇. 1-2% ;活性炭88-94%。
[0017] 優選的，助活性組分還包括負載在活性炭上的除錳之外的過渡金屬氧化物，其質 量百分比為0.9-5%。
[0018] 稀土金屬氧化物包括鈰或鑭氧化物；除錳之外的過渡金屬氧化物包括鐵、鈷、鎳、 銅、鋅、鉻或銀氧化物。表面富含電子的金屬氧化物(如氧化鈰和氧化鑭)，容易在吸附0 3的 過程中提供一個電子給〇3，形成〇3_基團，該基團能夠大大促進VOCs的降解，因此，本發明催 化劑在降解〇 3的同時能協同去除微量的VOCs。
[0019] 本發明還提供了一種上述催化劑的製備方法，包括以下步驟： 將可分解的錳鹽和可分解的稀土金屬鹽混合，加入水配製成溶液，將活性炭浸漬於該 配製的溶液中； 將浸漬後的活性炭烘乾，在氮氣氛圍下320-400°C鍛燒4-12小時，得催化劑。
[0020] 下面通過實施例對本發明作進一步詳細的說明。
[0021] 實施例1 催化劑製備：採用浸漬煅燒法製備，以50%硝酸錳水溶液、硝酸鈰、蜂窩活性炭為原料， 按照錳氧化物和氧化鈰負載量為10%和2%的比例配置1. 5%的溶液，通過過量浸漬活性炭 烘乾後，在320°C溫度下，置於管式爐中氮氣氛圍下煅燒12h，即得到顆料狀催化劑。
[0022] 催化劑活性測試：活性實驗在固定床反應器上進行，催化劑裝填量為0. 4L，顆粒 度為40-60目。初始氣體濃度為：[03]=5 mg/m3，[甲醒]=1 mg/m3，[甲苯]=1 mg/m3， 隊為載氣，GHSV (每小時氣體空速）=δΟ,ΟΟΟΙ^1。當反應溫度為25°C時，03脫除效率為 95. 5 %，甲醛脫除效率為97. 5%，甲苯的脫除率為79. 2%。
[0023] 實施例2 催化劑製備：採用煅燒法製備，以50%硝酸錳水溶液、硝酸鈰、硝酸鐵、蜂窩活性炭為原 料，按照錳氧化物、氧化鐵和氧化鈰負載量分別為7. 5%、3. 5%和1%的比例配置1. 5%的溶 液，通過過量浸漬活性炭烘乾後，在350°C溫度下，置於管式爐中氮氣氛圍下煅燒8h，即得 到顆料狀催化劑。
[0024] 催化劑活性測試：活性實驗在固定床反應器上進行，催化劑裝填量為0. 4 L，顆粒 度為40-60目。初始氣體濃度為：[03]=5 mg/m3，[甲醒]=1 mg/m3，[甲苯]=1 mg/m3， 隊為載氣，GHSV (每小時氣體空速）=δΟ,ΟΟΟΙ^1。當反應溫度為25°C時，03脫除效率為 98. 6%，甲醛脫除效率為99. 2%，甲苯的脫除率為89. 3%。
[0025] 實施例3 催化劑製備：採用煅燒法製備，以50%硝酸錳水溶液、硝酸鎳、硝酸鈰、蜂窩活性炭為原 料，按照錳氧化物、氧化鎳和氧化鈰負載量分別為8%、3%和1%的比例配置1. 5%的溶液，通 過過量浸漬活性炭烘乾後，在400°C溫度下，置於管式爐中氮氣氛圍下煅燒4h，即得到顆料 狀催化劑。
[0026] 催化劑活性測試：活性實驗在固定床反應器上進行，催化劑裝填量為0. 4 L，顆粒 度為40-60目。初始氣體濃度為：[03]=5 mg/m3，[甲醒]=1 mg/m3，[甲苯]=1 mg/m3， 隊為載氣，GHSV (每小時氣體空速）=δΟ,ΟΟΟΙ^1。當反應溫度為25°C時，03脫除效率為 96. 5%，甲醛脫除效率為98. 9%，甲苯的脫除率為83. 3%。
[0027] 實施例4 催化劑製備：採用煅燒法製備，以50%硝酸錳水溶液、硝酸鈰、硝酸鐵、蜂窩活性炭為原 料，按照錳氧化物、氧化鐵和氧化鈰負載量分別為7%、5%和0. 1%的比例配置1. 5%的溶液， 通過過量浸漬活性炭烘乾後，在400°C溫度下，置於管式爐中氮氣氛圍下煅燒4h，即得到顆 料狀催化劑。
[0028] 催化劑活性測試：活性實驗在固定床反應器上進行，催化劑裝填量為0. 2 L，顆粒 度為40-60目。初始氣體濃度為：[03]=5 mg/m3，[甲醒]=1 mg/m3，[甲苯]=1 mg/m3， 隊為載氣，GHSV (每小時氣體空速）=ΙΟΟ,ΟΟΟΙ^1。當反應溫度為x°C時，03脫除效率為 86. 2%，甲醛脫除效率為92. 0%，甲苯的脫除率為69. 5%。
[0029] 實施例5 催化劑製備：採用煅燒法製備，以50%硝酸錳水溶液、硝酸鑭、硝酸鈷、蜂窩活性炭為原 料，按照錳氧化物、氧化鈷和氧化鑭負載量分別為5%、4. 5%和2%的比例配置1. 5%的溶液， 通過過量浸漬活性炭烘乾後，在400°C溫度下，置於管式爐中氮氣氛圍下煅燒4h，即得到顆 料狀催化劑。
[0030] 催化劑活性測試：活性實驗在固定床反應器上進行，催化劑裝填量為0. 4 L，顆粒 度為40-60目。初始氣體濃度為：[03]=5 mg/m3，[甲醒]=1 mg/m3，[甲苯]=1 mg/m3， 隊為載氣，GHSV (每小時氣體空速）=δΟ,ΟΟΟΙ^1。當反應溫度為25°C時，03脫除效率為 93. 6%，甲醛脫除效率為90. 2%，甲苯的脫除率為79. 5%。
[0031] 實施例6
【權利要求】
1. 一種催化劑，其特徵在於，包含活性炭載體、主活性組分、助活性組分， 所述主活性組分為負載在活性炭上的錳氧化物， 所述助活性組分為負載在活性炭上的稀土金屬氧化物， 上述各組分的質量百分比如下： 錳氧化物 5-10% 稀土金屬氧化物 0. 1-2% 活性炭 88-94%。
2. 根據權利要求1所述的催化劑，其特徵在於，所述助活性組分還包括負載在活性炭 上的除錳之外的過渡金屬氧化物，其質量百分比為0. 9-5%。
3. 根據權利要求1所述的催化劑，其特徵在於，所述稀土金屬氧化物包括鈰或鑭氧化 物。
4. 根據權利要求2所述的催化劑，其特徵在於，所述除錳之外的過渡金屬氧化物包括 鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鉻或銀氧化物。
5. 根據權利要求1所述的催化劑，其特徵在於，所述活性炭為蜂窩活性炭。
6. -種催化劑的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟： 將可分解的錳鹽和可分解的稀土金屬鹽混合，加入水配製成溶液，將活性炭浸漬於該 配製的溶液中； 將浸漬後的活性炭烘乾，在氮氣氛圍下320-400°C鍛燒4-12小時，得催化劑。
7. 根據權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，所述可分解的錳鹽包括硝酸錳、醋酸 錳、或碳酸錳。
8. 根據權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，所述可分解的稀土金屬鹽包括稀土 金屬的硝酸鹽、醋酸鹽、或碳酸鹽，所述稀土金屬包括鈰或鑭。
9. 權利要求1所述催化劑的應用，其特徵在於，用於製備空氣淨化劑。
10. 根據權利要求9所述的應用，其特徵在於，所述催化劑用於降解空氣淨化器產生的 〇-5mg/m3的臭氧及未降解的〇-5mg/m 3的VOCs。
【文檔編號】B01D53/86GK104084192SQ201410365193
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】王波, 丁廷昌, 宋傑, 吳珂, 餘旭冬 申請人:山東沁宇環保科技有限公司