[发明专利]一种催化脱除臭氧的过渡金属氧化物催化剂及制备方法

说明书

本发明涉及一种催化脱除臭氧的过渡金属氧化物催化剂及制备方法，属催化及环境保护领域。该催化剂以过渡金属氧化物MO_x为活性组分，其中x＝0.5‑2.5,过渡金属M选自Cu、Co、V、Cr、Mn、Fe、Ru、Rh、Pd、Ag、Pt、Au、Ce、La中的一种或几种的组合；将过渡金属氧化物MO_x成型制得不同结构的催化剂或将其负载到具有较大比表面积的惰性载体上，制得臭氧催化分解催化剂。该法制备催化剂工艺简单，条件温和，且纳米纤维状金属氧化物的臭氧分解效率高，性能稳定。

技术领域

本发明属于催化及环境保护领域，具体涉及一种催化脱除臭氧的过渡金属氧化物催化剂及制备方法。

背景技术

臭氧是天然大气的重要微量组成，由三个氧原子构成，是氧气的同素异形体，具有强氧化性，因此被广泛应用于医疗卫生、化学氧化，水污染治理等方面。臭氧在使用过程中往往会产生大量的残留，这些残留直接排放到大气中会造成环境污染。另外，在人们日常生活中使用的电器如空气净化器、复印机等在工作过程中也会产生臭氧，导致室内臭氧浓度过高。在一些特殊环境如飞机机舱中，由于飞机进入平流层中，在引入气体过程中不可避免的含有臭氧，因此会导致机舱内臭氧浓度升高。高浓度臭氧会对人体产生急性伤害，刺激呼吸系统，造成神经中毒，破坏免疫系统等。我国2012年颁布的《环境空气质量标准》(GB3095-2012)中规定8小时工作环境下允许的最大浓度应低于160ug/m³。

目前臭氧分解的方法主要有：活性炭吸附法，溶液吸收法，热分解法和催化分解法等。活性炭吸附法由于活性炭存在吸附饱和，需要频繁再生，成本高；溶液吸收法存在污水处理的问题；热分解法需加热，增加能耗，而催化分解法由于能在常温下分解臭氧，经济、高效而备受关注，但是其催化剂的研究是难点。

用于臭氧分解催化剂的活性组分主要有两类：贵金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂。贵金属催化剂活性组分主要是Pt、Pd、Ru等，但是由于贵金属价格高、储量少，大规模应用受限，故大多数的研究都集中在过渡金属氧化物上。Oyama等在将多种过渡金属氧化物负载到Al₂O₃，研究了臭氧分解性能，得出了MnO₂活性最好的结论。但是由于O₃分解是一个氧化还原过程，故MnO_x结构中存在Mn的混合价态更有利于提高其催化活性。专利US5296435中采用高温焙烧MnCO₃得到一系列产物，发现350℃焙烧得到的MnO_x(x＝1.6-2.0)和MnCO₃混合物的臭氧分解活性最好。O₃浓度为15ppm，空速为3000h^-1，相对湿度为80％的条件下，100小时后，室温下臭氧转化率可以保持在88％左右。Pengyi Zhang等人用水热法合成了不同形貌的MnO₂，研究发现纳米纤维状的MnO₂催化臭氧分解性能最好。目前关于MnO_x纳米纤维的合成用的都是水热法，制备条件相对比较苛刻。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种催化脱除臭氧的过渡金属氧化物催化剂及制备方法。

一种催化脱除臭氧的过渡金属氧化物催化剂，该催化剂以过渡金属氧化物MO_x为活性组分，其中x＝0.5-2.5,过渡金属M选自Cu、Co、V、Cr、Mn、Fe、Ru、Rh、Pd、Ag、Pt、Au、Ce、La中的一种或几种的组合；将过渡金属氧化物MO_x成型制得不同结构的催化剂或将其负载到具有较大比表面积的惰性载体上，制得臭氧催化分解催化剂。催化剂臭氧分解效率高，性能稳定。

一种催化脱除臭氧的过渡金属氧化物催化剂的制备方法，按照以下步骤进行：

1)过渡金属氧化物活性组分MO_x的制备：利用普通的液相合成法制备中间产物MOOH，再通过调节焙烧温度和气氛制备MO_x。