專利名稱：冷觸媒室溫穩(wěn)定去除臭氧的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種室溫分解臭氧的觸媒技術(shù)及其制備方法，涉及消毒和空氣凈化領(lǐng)域。其特征在于采用蜂窩陶瓷或多孔金屬泡沫為載體，以摻雜鐵的Hollandite型氧化鈦分子篩為活性組分。本發(fā)明整體型觸媒劑的特點是不需要額外光、熱、電等能源的輸入，在常溫、常濕和大風(fēng)量的條件下將臭氧穩(wěn)定地分解成氧氣。本發(fā)明還涉及上述觸媒劑的制備方法。本發(fā)明還涉及上述觸媒劑在室溫或低溫去除臭氧的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
臭氧是廣譜殺菌消毒劑因為它有極強(qiáng)的氧化性能，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種水質(zhì)處理、醫(yī)療衛(wèi)生、食品保鮮以及去除難降解物質(zhì)等領(lǐng)域。低濃度的臭氧具有清新空氣、殺菌消毒的功效，但是濃度過高則會對人體產(chǎn)生極大危害。當(dāng)臭氧濃度為0. 2 1. Omg/m3時，對鼻、喉頭粘膜和眼睛就有刺激作用，并引起肺活量減少；當(dāng)臭氧濃度為1.88 18. 8mg/m3 時，可出現(xiàn)咳嗽、胸痛和嘔吐等癥狀；當(dāng)臭氧濃度為20mg/m3時會引起肺氣腫。臭氧在常溫常壓的空氣中分解半衰期時間較長。因此必須采用有效手段對臭氧進(jìn)行去除，以保證有關(guān)臭氧行業(yè)的工作人員的身體健康。室溫或低溫觸媒法分解臭氧是一種長效的方法。中國專利CN90106857采用鈦、 銅氧化物作活性組分來分解臭氧。CN1259398A、CN117167674A和CN1357348A都是采用鈦、 銅、鎳和鐵氧化物作為活性組分，負(fù)載在活性碳上來分解臭氧。CN1785507A采用各種鈦氧化物作為觸媒劑在常溫下分解臭氧獲得了較好的效果。中國專利CN1812835A采用鈦與鋯或鐵中的一種或兩種作為觸媒劑，在150°C得到較好的分解臭氧的效果，需要額外的能量補(bǔ)充?？梢?，氧化鈦是一種優(yōu)良的臭氧去除劑，不同晶體結(jié)構(gòu)的氧化鈦對臭氧的分解性能具有很大的差異。同時，氧化鈦的抗?jié)衲芰偷蜏鼗钚远加写谔岣摺１景l(fā)明的目的是提供一種在室溫或低溫和高濕度的條件下高效分解臭氧的整體型觸媒劑，可穩(wěn)定地將臭氧分解成氧氣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供在室溫、高濕度條件下能將臭氧分解成氧氣的整體型觸媒劑。本發(fā)明的另一個目的是提供上述觸媒劑的制備方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)本發(fā)明提供的觸媒材料，采用氧化還原-回流法1.摻雜的氧化鈦分子篩粉末的制備氧化還原-回流法主要步驟按照一定的摩爾比，將四價鈦鹽、強(qiáng)氧化劑、硝酸鐵鹽在酸性溶液中混合，生成的黑色沉淀物在90 100°C的水溶液中劇烈攪拌回流12 4 后，過濾、洗滌，在100 150°C干燥10 Mh，然后在200 700°C焙燒得到鐵摻雜的氧化鈦分子篩觸媒材料。2.摻雜的氧化鈦分子篩整體型觸媒材料的制備。稱取一定量摻雜的氧化鈦分子篩，加入一定比例的去離子水和權(quán)利要求9中的無機(jī)粘合劑，高速攪拌1 Mh，得到一定濃度摻雜的氧化鈦分子篩漿液。將預(yù)先處理好的蜂窩陶瓷或多孔金屬泡沫浸漬在上述摻雜的氧化鈦分子篩漿液中，浸漬0. 5 5min后取出， 吹盡孔道中的殘液，在空氣中陰干后80 150°C干燥8 Mh，在200 800°C空氣下焙燒 1 Mh，得到摻雜的氧化鈦分子篩蜂窩陶瓷或多孔金屬泡沫整體型觸媒材料。本發(fā)明技術(shù)效果本發(fā)明的技術(shù)效果是一種室溫或低溫-20 20°C可以徹底去除空氣中的臭氧集成技術(shù)，特征在室溫常濕條件下將空氣中濃度為1 300mg/m3的臭氧全部去除，適用于空氣中臭氧的消除。本發(fā)明的優(yōu)點摻雜的氧化鈦分子篩蜂窩陶瓷或多孔金屬泡沫整體型觸媒材料在不需要額外能源的條件下將臭氧觸媒分解成氧氣，其特征抗?jié)裥阅芨?、穩(wěn)定性好、處理效率高、處理量大、處理完全、成本低、沒有二次污染以及不存在吸附飽和等問題；摻雜的氧化鈦分子篩觸媒劑采用直道孔式的蜂窩陶瓷或多孔金屬泡沫整體型觸媒材料。在使用時壓力降很小，可以處理大風(fēng)量中的臭氧。
具體實施例方式實施例一鐵摻雜的氧化鈦分子篩粉末的合成是通過過硫酸鉀(K2S2O8)在硝酸溶液中氧化硫酸鈦(TiSO4 · H2O)，同時加入硝酸鐵(Fe (NO3) 2)，使Fe/Ti摩爾比為0 0. 20，生成的黑色沉淀物在100°C劇烈攪拌回流24h后，過濾、洗滌，在110°C干燥12h，然后在500°C焙燒Mi 得到摻雜鐵的氧化鈦分子篩粉末，分別記為i^e-OMS-O，!^e-OMS-SJe-OMS-IO和i^e-OMSjO， 其中Fe-OMS表示鐵摻雜的氧化鈦分子篩，數(shù)字表示i^/Tit。tal的摩爾比百分比。XRD分析和HRTEM分析表明該材料為Hollandite型氧化鈦。觸媒材料的性能測試在連續(xù)流動的固定床反應(yīng)器上進(jìn)行。粉末觸媒材料經(jīng)過壓片，粉碎制成0. 25 0. 50mm的顆粒樣，然后將0. 5g顆粒樣裝于一個玻璃管中，在室溫 (18 25 V )和相對濕度為80%的條件下，通入含lOOmg/m3臭氧的空氣，風(fēng)速為2. 5m/s。 反應(yīng)器出口臭氧用臭氧分析儀檢測。結(jié)果見表1。實施例二鐵摻雜的氧化鈦分子篩粉末的合成同實施例一，即通過過硫酸鉀(K2S2O8)在硝酸溶液中氧化硫酸鈦(TiSO4 · H2O),同時加入硝酸鐵(Fe (NO3)2)，使狗/11摩爾比為0 0. 20，生成的黑色沉淀物在100°C劇烈攪拌回流24h后，過濾、洗滌，在110°C干燥12h，然后在200-800°C焙燒Mi得到摻雜鐵的氧化鈦分子篩粉末，分別記為i^e-OMS-O，F(xiàn)e-0MS-5, Fe-OMS-IO和i^e-OMS-20，其中!^e-OMS表示鐵摻雜的氧化鈦分子篩，數(shù)字表示I^ztitotal的摩爾比百分比。XRD分析和HRTEM分析表明該材料為Hollandite型氧化鈦。觸媒材料的性能測試在連續(xù)流動的固定床反應(yīng)器上進(jìn)行。粉末觸媒材料經(jīng)過壓片，粉碎制成0. 25 0. 50mm的顆粒樣，然后將0. 5g顆粒樣裝于一個玻璃管中，在室溫 (18 25 V )和相對濕度為80%的條件下，通入含lOOmg/m3臭氧的空氣，風(fēng)速為2. 5m/s。 反應(yīng)器出口臭氧用臭氧分析儀檢測。結(jié)果見表2。實施例三1)摻雜的氧化鈦分子篩粉末的合成摻雜的氧化鈦分子篩粉末的合成和實例一相同，即鐵摻雜的氧化鈦分子篩粉末的合成是通過過硫酸鉀(K2S2O8)在硝酸溶液中氧化硫酸鈦(TiSO4 · H2O)，同時加入硝酸鐵 (Fe (NO3) 2)，使i^e/Ti摩爾比為0 0. 20，生成的黑色沉淀物在100°C劇烈攪拌回流24h后， 過濾、洗滌，在110°C干燥12h，然后在500°C焙燒他得到摻雜鐵的氧化鈦分子篩粉末。2)摻雜的氧化鈦分子篩蜂窩陶瓷整體型觸媒材料的制備。稱取一定量摻雜的氧化鈦分子篩，加入一定比例的去離子水和權(quán)利要求9中的無機(jī)粘合劑，高速攪拌1 Mh，得到一定濃度摻雜的氧化鈦分子篩漿液。將預(yù)先處理好的蜂窩陶瓷或多孔金屬泡沫樣品浸漬在上述摻雜的氧化鈦分子篩漿液中，浸漬0. 5 5min后取出，吹盡孔道中的殘液，在空氣中陰干后110°C干燥Mh，在500°C空氣下焙燒6h，得到摻雜的氧化鈦分子篩蜂窩陶瓷或多孔金屬泡沫整體型觸媒材料。觸媒劑的性能測試同實施例一。結(jié)果見表3。實施例四1)摻雜的氧化鈦分子篩粉末的合成摻雜的氧化鈦分子篩粉末的合成和實例一相同，即鐵摻雜的氧化鈦分子篩粉末的合成是通過過硫酸鉀(K2S2O8)在硝酸溶液中氧化硫酸鈦(TiSO4 · H2O)，同時加入硝酸鐵 (Fe (NO3) 2)，使i^e/Ti摩爾比為0 0. 20，生成的黑色沉淀物在100°C劇烈攪拌回流24h后， 過濾、洗滌，在110°C干燥12h，然后在500°C焙燒他得到摻雜鐵的氧化鈦分子篩粉末。2)摻雜的氧化鈦分子篩多孔金屬泡沫整體型觸媒材料的制備。稱取一定量摻雜的氧化鈦分子篩，加入一定比例的去離子水和權(quán)利要求9中的無機(jī)粘合劑，高速攪拌1 Mh，得到一定濃度摻雜的氧化鈦分子篩漿液。將預(yù)先處理好的開放式多孔泡沫金屬樣品浸漬在上述摻雜的氧化鈦分子篩漿液中，浸漬0. 5 5min后取出， 吹盡孔道中的殘液，在空氣中陰干后110°C干燥Mh，在500°C空氣下焙燒他，得到摻雜的氧化鈦分子篩多孔金屬泡沫整體型觸媒材料。觸媒材料的性能測試同實施例一。結(jié)果見表 3。實施例五鐵摻雜的氧化鈦分子篩蜂窩陶瓷泡沫整體型觸媒劑的制備和實例一相同。觸媒材料的性能測試同實施例一，臭氧的濃度在10 300mg/m3范圍內(nèi)。結(jié)果見表4。實施例六鐵摻雜的氧化鈦分子篩蜂窩陶瓷或整體型觸媒劑的制備和實例五相同。觸媒劑穩(wěn)定性實驗的性能測試同實施例一，測試時間30天，入口的臭氧濃度是 10mg/m3，臭氧的出口濃度從4. 8 μ g/m3升為4. 9 μ g/m3。
表1鐵摻雜的氧化鈦分子篩粉末觸媒材料分解臭氧的測試結(jié)果。(進(jìn)口的臭氧濃度為 100mg/m3)
權(quán)利要求
1.本發(fā)明為一種摻雜氧化鈦分子篩的整體型觸媒材料，其特征是采用蜂窩陶瓷載體， 以摻雜鐵的氧化鈦分子篩為活性組分。
2.權(quán)利要求1中摻雜氧化鈦分子篩，其特征在于該分子篩具有Hollandite-型的結(jié)構(gòu)， 骨架上存在鐵離子，其中Fe/Ti的摩爾比在O 0. 20之間。
3.權(quán)利要求2中氧化鈦分子篩觸媒材料的制備方法，其特征在于采用氧化還原-回流法。氧化還原-回流法主要步驟是按照一定的摩爾比，將四價鈦鹽、強(qiáng)氧化劑和硝酸鐵在酸性溶液中混合，生成的黑色沉淀物在90 100°C的水溶液中劇烈攪拌回流12 4 后， 過濾、洗滌，在100 150°C干燥10 Mh，然后在200 700°C焙燒得到鐵摻雜的氧化鈦分子篩觸媒材料。
4.權(quán)利要求2中摻雜氧化鈦分子篩觸媒材料中鈦主要以Ti4+存在。
5.權(quán)利要求2中鐵摻雜氧化鈦分子篩觸媒材料中鐵主要以!^3+存在于氧化鈦分子篩的骨架中。
6.權(quán)利要求3中的二價鈦鹽為乙酸鈦(Ti(CH3COO) 2)、二氯化鈦(TiCl2)、硝酸鈦 (Ti(NO3)2)或硫酸鈦(TiSO4)中的一種或多種，其溶液中鈦濃度為0. 1 5. 0mol/lo
7.權(quán)利要求3中所述的強(qiáng)氧化劑為過硫酸氨((NH4)2S2O8)、過硫酸鉀(K2S2O8)、過硫酸鈉 (Naj2O8)、臭氧0)3)、氯酸鈉(NaClO3)、重鉻酸鹽(K2CrO4, Nii2CrO4等)、過氧化氫(H2O2)溶液中的一種或多種，其溶液中強(qiáng)氧化劑濃度為0. 1 2. 5mol/l。強(qiáng)氧化劑與溶液中總金屬離子的摩爾比為1 1 6 1之間。
8.權(quán)利要求1中所述的摻雜氧化鈦分子篩整體型觸媒材料，其特征在于其制備方法如下(1)稱取一定量的摻雜氧化鈦分子篩觸媒材料，加入一定比例的去離子水和粘合劑，高速攪拌1 Mh，得到一定濃度的摻雜氧化鈦分子篩漿液。(2)將預(yù)先處理好的蜂窩陶瓷載體浸漬在配制好的氧化鈦分子篩漿液中，浸漬0.5 60min后取出，吹盡孔道中的殘液，在空氣中陰干后80 130°C干燥2 Mh，在200 800°C空氣下焙燒1 Mh。
9.權(quán)利要求8中所述的粘合劑為硅酸鹽、氧化鋁或碳酸鋯銨等無機(jī)粘合劑，粘合劑與摻雜氧化鈦分子篩的重量比在1 50%之間。
10.權(quán)利要求1中所述的摻雜氧化鈦分子篩整體型觸媒劑適用于室溫或者低溫分解臭氧。
全文摘要
本發(fā)明為一種室溫或低溫觸媒去除臭氧的摻雜氧化鈦分子篩整體型觸媒劑及其制備方法，涉及觸媒和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域。其特征在于采用陶瓷蜂窩整體式作載體，以含摻雜鐵的氧化鈦分子篩為活性組分。摻雜鐵的氧化鈦分子篩特征在于具有Hollandite-型氧化鈦八面體分子篩(OMS)的結(jié)構(gòu)，OMS引入鐵離子形成摻雜鐵的氧化鈦分子篩。去除臭氧觸媒劑采用氧化還原-回流法制備得到。本發(fā)明整體型觸媒劑的特點不需要額外光、熱和電等能源的輸入，在常溫、常濕和大風(fēng)量的條件下將臭氧穩(wěn)定地還原成氧氣。
文檔編號B01J23/745GK102284301SQ20101020292
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:上海牛翼新能源科技有限公司