[发明专利]一种室温高湿度下分解臭氧的铈锰催化剂、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种室温高湿度下分解臭氧的铈锰催化剂、制备方法及其用途，属于催化剂技术领域。

背景技术

臭氧(O₃)是一种不稳定的具有特殊腥味的淡紫色气体，对于我们的生存环境有双刃剑的作用。在平流层，臭氧能够抵挡紫外线直接照射地球，对我们的生存环境是有利的，然而在近地表，臭氧具有很大的危害，会对人体的皮肤，免疫系统以及神经系统等产生不同程度的影响，因此我们必须高度重视臭氧的危害。

世界卫生组织规定，连续工作8小时工作环境中臭氧的浓度不能超过0.1ppm(4×10^-9mol/L)。近年来，臭氧由于其强的氧化性能，广泛应用于医疗卫生，食品保鲜，水处理等行业。然而臭氧由于其较长的半衰期，在使用过程中很容易造成残留，直接排放到大气中，将严重影响我们的生存环境。与此同时，在我们的生活区域内，打印机工作以及高压放电时都会产生臭氧，这些都严重威胁着我们的身体健康。因此急需对排放出的臭氧进行无害化处理。

目前处理臭氧的方法主要有：热分解法、活性炭法、预臭氧化法、稀释法、电磁波辐射分解法、药液吸收法和催化法。其中催化分解臭氧具有安全、高效、环保等优点，成为研究的重点。目前处理臭氧的催化剂主要可以分为含锰催化剂、含过渡金属催化剂、以及贵金属催化剂。但是现有的催化剂依旧存在着成本高，抗湿差，臭氧分解率低等问题。

CN1785507A公开了一种臭氧分解催化剂及其制备方法，其特征在于采用以锰的氧化物为主活性组份，添加碱金属或碱土金属为助活性组份，采用喷涂工艺，负载在金属或陶瓷蜂窝载体上，制备工艺相对比较复杂。

CN103084184A提供了一种负载型催化剂的制备方法，以铜铁复合氧化物为主要活性组分，金为助活性组分，负载在活性炭纤维布载体，室温下能分解臭氧，不需要额外能量的输入。CN102513106A以碳酸钾或者碳酸氢钾为沉淀剂制备出银-锰-铈复合金属氧化物催化剂，在臭氧的催化分解中表现出优良的抗湿性。但这两种催化剂都需要采用贵金属，限制了其广泛应用。

发明内容

针对已有技术中的问题，本发明的目的之一在于提供一种室温高湿度下分解臭氧的铈锰催化剂的制备方法，采用该方法得到的催化剂的成本低，抗湿性能优异，热稳定性高，且臭氧分解率高。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种室温高湿度下分解臭氧的铈锰催化剂的制备方法，所述铈锰催化剂具有如下化学组成：CeMn_aO_x，其中，a为1～8之间的自然数，例如为1、2、3、4、5、6、7或8，所述方法包括如下步骤：

(1)将二价锰源溶于去离子水中，充分搅拌至完全溶解，然后调节pH至4～5；

(2)向步骤(1)得到的溶液中加入铈源，充分搅拌至固体完全溶解，然后缓慢滴加高锰酸钾水溶液，搅拌，随后将溶液移入高压水热釜中，在80～120℃下水热反应20～30h；

(3)冷却，离心洗涤，干燥，得到室温高湿度下分解臭氧的铈锰催化剂。

本发明以高锰酸钾为氧化剂，采用简单的水热合成法，制备了一系列的具有不同化学组成的铈锰催化剂(CeMn_aO_x，其中，a为1～8之间的自然数，例如为1、2、3、4、5、6、7或8)。该铈锰催化剂在相对湿度为90％情况下，表现较高的臭氧催化分解活性。

优选地，所述a为5、6、7或8，优选为6。所制成的催化剂CeMn₆O_x，在相对湿度为40～90％范围内，反应空速为600,000h^-1，室温条件6小时后，臭氧的分解率均在90％以上，具有优越的抗湿性能；与未添加铈的催化剂相比较，活性有明显的提高。

优选地，所述二价锰源选自乙酸锰、硫酸锰、氯化锰或硝酸锰中的任意一种或者至少两种的混合物。所述混合物例如乙酸锰和硫酸锰的混合物，氯化锰和硝酸锰的混合物，乙酸锰、硫酸锰和氯化锰的混合物，硝酸锰、乙酸锰和硫酸锰的混合物，乙酸锰、硫酸锰、氯化锰和硝酸锰的混合物。

优选地，所述铈源选自硝酸铈、氯化铈或硫酸铈中的任意一种或者至少两种的混合物。所述混合物例如硝酸铈和氯化铈的混合物，硝酸铈和硫酸铈的混合物，氯化铈和硫酸铈的混合物，硝酸铈、氯化铈和硫酸铈的混合物。