一种分解臭氧的催化剂及其制备方法与流程

本发明涉及空气净化，特别是涉及一种分解臭氧的催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、空气中的臭氧污染会对自然界和人类自身造成不良影响，因此，去除空气中的臭氧十分必要。催化臭氧分解技术是目前最有应用前景的臭氧去除技术。现有的臭氧分解催化剂种类较多，但多数催化剂效率相对来说比较低，用一段时间就需要更换，会造成二次污染。同时，现有的催化剂大多对臭氧的去除效率较低，且现有的催化剂的制备方法中普遍存在不利于工业化的因素。比如：

2、cn114618475a公开了一种用于分解臭氧的柔性锰基催化剂的制备方法，包括：铝网预处理、阳极氧化、高温焙烧、水合、勃姆体、硝酸铈浸渍、高温焙烧、锰化合物负载、真空干燥、高温焙烧等工艺。此方法制备工艺复杂、流程繁琐、能耗高、成本高。同时铝网在阳极氧化处理的过程中，对工艺的要求比较严格，不良率高，制备周期长，从铝网预处理到锰化合物完成，整个周期至少需要80h，同时高温焙烧时能耗很高，极不利于产品的市场化。

3、cn112138653a公开了一种银-纳米氧化铝催化剂的制备方法，包括：向纳米氧化铝的分散液中加入硝酸银溶液并搅拌，然后依次进行旋蒸处理和三次热处理。此方案所述的催化剂中，由于银离子的使用，使制备成本较高，同时进行三次热处理，能耗高。

4、上述现有技术目前都存在制备工艺复杂、能耗高、成本高和二次污染等问题，所以导致除臭氧催化剂在市场上的价格一直居高不下，不利于市场化和大规模的应用。同时，市场上的除臭氧催化剂在湿度大的情况下，分解臭氧的效果会大打折扣。因此，开发制备工艺简单、能耗低、成本低、利于工业化大规模推广且除臭氧效果好，尤其是在湿度大的情况下依然具备良好的臭氧去除效果的除臭氧催化剂及其制备方法十分必要。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种分解臭氧的催化剂及其制备方法，以解决上述现有技术中存在的高成本、高能耗和二次污染等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明的技术方案之一：一种分解臭氧的催化剂，以铝蜂窝为载体，所述载体上负载有二氧化锰和二氧化钛；所述二氧化锰和二氧化钛通过羟甲基纤维素钠和速溶硅酸钠粘附在所述载体表面。

4、二氧化钛主要起到组分分散的作用，可以使二氧化锰分子颗粒更均匀地分散开，从而扩大其比表面积，提高催化剂的催化效率。

5、所述铝蜂窝为蜂窝结构的铝合金复合板，蜂窝结构是由一个个正六角形单房、房口全朝下或朝向一边、背对背对称排列组合而成的一种结构。其中的一个正六边形单方作为一个结构单元。铝蜂窝的结构示意图如图1所示。

6、进一步地，所述铝蜂窝的结构单元的边长为1-2mm，所述铝蜂窝的厚度为10-20mm。所述厚度是指铝蜂窝板的厚度。

7、进一步地，所述铝蜂窝的壁厚为0.025mm。

8、进一步地，所述铝蜂窝的结构单元的边长优选为1mm。

9、进一步地，所述二氧化锰为γ型二氧化锰。

10、γ型二氧化锰中，软锰矿[1×1]隧道与斜方锰矿[1×2]隧道晶胞沿c轴方向交替地无序地生长，使得晶体中具有大量的缺陷（如堆垛层错）、非理想配比、空位等，有着良好的空隙特性及化学反应活性，所以γ型二氧化锰具备其他晶型的二氧化锰，比如α型二氧化锰、β型二氧化锰无法比拟的比表面积大、吸附性能好、催化活性高等优点。

11、本发明的技术方案之二：上述分解臭氧的催化剂的制备方法，包括以下步骤：

12、在水中依次加入速溶硅酸钠、羟甲基纤维素钠、二氧化锰和二氧化钛，搅拌均匀，得到前驱体溶液；对铝蜂窝进行除油处理；将所述前驱体溶液涂覆在除油处理后的铝蜂窝表面，对表面涂覆有所述前驱体溶液的铝蜂窝进行烘烤，使铝蜂窝表面形成一层涂层，重复涂覆、烘烤过程至铝蜂窝增重16±1%（即重复涂覆、烘烤后铝蜂窝表面形成的涂层的质量为铝蜂窝载体质量的16±1%），得到所述分解臭氧的催化剂。

13、铝蜂窝增重的计算方法为：（烘烤后的催化剂的质量-除油处理后的铝蜂窝的质量）/除油处理后的铝蜂窝的质量×100%。

14、进一步地，所述在水中依次加入速溶硅酸钠、羟甲基纤维素钠、二氧化锰和二氧化钛，搅拌均匀，得到前驱体溶液的具体操作为：先在水中加入速溶硅酸钠，搅拌1h，使速溶硅酸钠充分溶解在水中；再加入羟甲基纤维素钠，搅拌4h，使羧甲基纤维素钠充分溶解；再加入二氧化钛，搅拌2h；最后加入二氧化锰，搅拌2h。

15、进一步地，按质量比计，水：速溶硅酸钠：羟甲基纤维素钠：二氧化锰：二氧化钛=10:0.09-0.11:0.115-0.130:1.7-1.9:0.29-0.33。

16、进一步优选地，按质量比计，水：速溶硅酸钠：羟甲基纤维素钠：二氧化锰：二氧化钛=10:0.1:0.123:1.8:0.31。

17、速溶硅酸钠主要起粘合作用，羧甲基纤维素钠主要起增稠作用，前驱体溶液中各组分的占比为水：速溶硅酸钠：羟甲基纤维素钠：二氧化锰：二氧化钛=10:0.1:0.123:1.8:0.31时可实现最佳的粘附效果，速溶硅酸钠的占比增加，会挤占二氧化锰和二氧化钛的附着空间，占比减少，牢固度不够，二氧化锰和二氧化钛在载体表面容易脱落。羧甲基纤维素钠的占比增加，会导致前驱体溶液的粘稠度增加，在载体空隙内容易堵塞，占比减少，使二氧化锰和二氧化钛单次附着在载体上的量太少，需要反复多次负载才能达到理想效果。

18、进一步地，铝蜂窝表面形成的涂层即增重中二氧化锰的质量占比为77.2%，二氧化钛的质量占比为13.3%。前驱体溶液各组分分散均匀，将前驱体溶液涂覆在载体铝蜂窝上时，各组分在铝蜂窝上均匀分布，烘烤过程中，前驱体溶液中的水分完全被去除，速溶硅酸钠、羟甲基纤维素钠、二氧化锰、二氧化钛完全保留下来。故铝蜂窝表面形成的涂层中二氧化锰和二氧化钛的质量占比即为制备前驱体溶液时二氧化锰和二氧化钛在速溶硅酸钠、羟甲基纤维素钠、二氧化锰、二氧化钛四者质量之和中的占比。

19、进一步地，所述涂覆通过浸泡的方式进行。

20、进一步地，所述除油处理的具体操作为：

21、将铝蜂窝在氢氧化钠溶液中浸泡处理，然后用清水冲洗并烘干。

22、将铝蜂窝在氢氧化钠溶液中浸泡处理，不仅能去除铝蜂窝表面的油污等杂质，还能使铝蜂窝表面被腐蚀，变得粗糙，粗糙的表面更有利于二氧化锰以及二氧化钛的附着。

23、进一步地，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.4mol/l，铝蜂窝在氢氧化钠溶液中浸泡处理的时间为4min；所述烘干的具体操作为：100℃烘烤1h，使铝蜂窝表面干燥。

24、进一步地，对表面涂覆有所述前驱体溶液的铝蜂窝进行烘烤时所述烘烤的温度均为80-100℃，所述烘烤的时间均为1-2h。

25、进一步地，对表面涂覆有所述前驱体溶液的铝蜂窝进行烘烤前，还包括用气枪将铝蜂窝的孔吹通的操作。

26、本发明的技术方案之三：上述分解臭氧的催化剂在分解臭氧中的应用。

27、催化剂要发挥出优异的应用性能需要有一个经济、实用的载体，同时催化剂的生产和制作工艺要节能、简化，才能更好地推广应用。本发明选择成本低、应用范围广、不需要太多前处理工艺的载体，并优化调整催化剂生产工艺和配方。从而实现分解臭氧的催化剂的大规模、批量化、低成本、高效率生产，而且通过本发明的方法制得的催化剂对臭氧具有良好的去除效果，可实际推广应用。

28、本发明公开了以下技术效果：

29、本发明公开了一种分解臭氧的催化剂及其制备方法，通过二氧化锰和二氧化钛的合理配比，结合铝蜂窝的制作成本低、性能稳定、结构牢固的特性，解决了除臭氧催化剂的制备成本高和性能不稳定的问题，同时整个制备过程没有二次污染。制备得到的分解臭氧的催化剂能在常温状态高效分解臭氧，在整个催化剂制备过程中，二氧化钛的加入非常关键，锰基催化剂在湿度大的情况下活性位点容易被水分子占据导致失活，加入二氧化钛可以降低催化剂表面水的吸附性能，使得二氧化锰分散更加均匀，更有利于臭氧的分解，所以二氧化钛的加入使催化剂在湿度增大到90%rh的情况下依然能保持高效、优异的分解臭氧效果。速溶硅酸钠的使用可以增加二氧化锰和二氧化钛在铝蜂窝上的粘附牢固度，使其粘附在铝蜂窝表面不易脱落，同时无异味、无二次污染，也不会在臭氧的长期作用下发生性能改变。羟甲基纤维素钠在催化剂制备过程中主要起到增稠剂的作用，可以使二氧化锰和二氧化钛有一定的粘稠度，这样更便于附着在铝蜂窝表面，另外，羧甲基纤维速钠还能将前驱体溶液中各组分分散开，使各个组分在载体上均匀分布。速溶硅酸钠和羧甲基纤维素钠协同作用，可有效提高二氧化锰以及二氧化钛在载体上的附着稳定性和附着均匀性，进而提高催化剂的催化性能。

30、本发明中使用二氧化钛对锰基催化剂进行改性，可有效提高锰基催化剂的活性，对锰基催化剂去除臭氧效果的提升远高于加入分子筛和氧化铈进行改性的情况。