[发明专利]一种选择性吸附卷烟烟气中苯酚的纳米催化剂制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米催化剂的制备方法这一技术领域，特别属于用于除去或减少烟草中有害物质的纳米催化剂这一技术领域。

背景技术

纳米科学是一门新兴科学，纳米技术是21世纪主导技术，纳米材料是21世纪的新型材料。纳米材料由于其特殊结构，具有许多与传统材料不同的物理，化学性能及其广泛的应用前景。纳米材料的一个重要应用领域就是作为催化剂。有人预计纳米颗粒催化剂在21世纪可能成为催化反应的主要角色。与一般催化剂相比，纳米颗粒催化剂由于表面活性位点增多，化学反应接触面增大，气体通过纳米材料的扩散速度成千上万倍的增加，使得催化效率大大增高。因此，纳米技术在卷烟降焦减害中应用已成为当前的一个热门研究领域。

冯守爱等人通过滤嘴中添加纳米SiO2可使卷烟主流烟气中苯酚释放量降低8.2％。李建等人采用均匀沉淀法和固相法合成纳米级的TiO₂，NiO和CuO颗粒，可使苯酚的转化率达到25.3％，28.3％和27.5％。吕功煊等人应用含纳米贵重金属催化材料制作二元复合滤棒卷烟，可使烟气苯酚等有害物质有效降低。Shine等人使用Pd-Cu/Al₂O₃催化材料可降低卷烟焦油等有害物质。

在上述技术中，有的应用贵重金属，成本高；有的应用粉体纳米材料，易扬尘难加工。易被吸入人体造成危害。

发明内容

本发明的目的是针对上面所述缺陷，提供一种选择性吸附卷烟烟气中苯酚的纳米催化剂制备方法，是一种成本低，粉尘少，对苯酚有选择性降低效果的纳米催化剂的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的。

一种选择性吸附卷烟烟气中苯酚的纳米催化剂制备方法，依次按照以下步骤进行：将硝酸铜、硝酸钴加入去离子水中，加热至80-90℃，加入介孔材料为γ-Al₂O₃，保温搅拌24小时后过滤，将滤饼于70℃-150℃下干燥恒重，加入滤液再次吸附，过滤，干燥，直至滤液吸收完全；干燥后材料于150℃-500℃下煅烧2-6小时，冷却至室温，过筛取40-80目颗粒即可；所述硝酸铜，硝酸钴，介孔材料的摩尔比为1:1-5:3-8。

所述γ-Al₂O₃的粒径为40-80目。

优选的硝酸铜，硝酸钴，介孔材料的摩尔比为1:4:7。

优选的干燥温度为100-130℃。

优选的煅烧温度为300-350℃。

所述硝酸铜、硝酸钴与去离子水的比例为80mol:320mol:500kg。

本发明所制备的纳米催化剂，不仅比表面大，同时介孔复合体中复合氧化物是氧化还原性催化剂，其作用机理可概括为三种：选择性吸附截留，反复吸附-燃烧和选择性催化转化。

1、吸附机理：介孔复合体和被吸附物质分子之间的几何配位和静电作用决定了苯酚能否被很好地吸附。前者决定了多孔材料能否吸附苯酚，后者则可以加速这种吸附。实验中所用γ-Al₂O₃介孔固体是多孔材料，最可几孔径为5.637nm，苯酚分子直径为0.65-0.68nm，可全部进入或通过孔道。苯酚拥有六元环状结构，酚羟基为供电基团，使得相连的碳原子带部分负电荷，使苯酚很容易被介孔固体中的阳离子吸附。所以，当主流烟气经过介孔复合体时，烟气中的苯酚可以被很好地吸附截留，从而使主流烟气中的苯酚释放量降低。

2、吸附-燃烧机理：烟支燃烧时，燃烧的一端呈锥体状，叫燃烧锥，燃烧锥中最高温度可达900℃以上。根据其反应温度和化学变化的不同，烟支燃烧可划分为三个区段：即高温燃烧区、热解蒸馏区、低温冷凝区。随着烟支燃烧，燃烧锥不断后移。主流烟气通过烟支未燃烧部分时，烟气中苯酚经过介孔复合体就会被吸附。随着抽吸口数的增加，烟支中未燃烧的介孔复合体就会反复不断地吸附烟气中的苯酚；随着燃烧锥的后移，燃烧锥中介孔复合体上吸附的苯酚就会被燃烧，苯酚在高温下彻底燃烧，生成二氧化碳和水，从而使主流烟气中的苯酚释放量降低。其反应过程可表示如下：

3、催化氧化机理：通过直接在烟丝中接添加金属氧化物或介孔复合体可使主流烟气中的苯酚释放量降低，主要原因是其能有效地催化氧化苯酚为苯二酚。这是因为在铜钴氧化物催化剂存在下，苯酚与羟基自由基作用，生成邻苯二酚或对苯二酚，从而使主流烟气中的苯酚释放量降低。其反应过程可表示如下：

本发明与现有技术相比，通过在介孔固体中组装硝酸铜，硝酸钴，能够选择