[发明专利]一种固体催化剂及制备方法和用途

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种固体催化剂，特别是一种包含一种或几种由过渡金属纳米氧化物涂载在多孔陶瓷复合材料上制成的固体催化剂及制备方法和在分解臭氧方面的用途。

(二)背景技术：

在工业催化剂中，过渡金属氧化物催化剂占有重要的地位，可以作为很多反应的催化剂，尤其广泛用于氧化还原型机理的催化反应。

臭氧逃逸是工业生产和工业污染治理中，使用臭氧作为原料时，时常会出现的问题，由于臭氧对环境和人体有害，所以处理臭氧逃逸具有十分重要的意义。臭氧是一种具有特殊气味的淡蓝色气体，具有强氧化性，抗菌和抗病毒特性，在自然界、工业生产和日常生活中，有着广泛的应用。臭氧同时也是一种常见于各种人类生活环境(如飞机客舱，复印机办公室，激光打印机，消毒器)中的有毒物质，它是光化学烟雾的罪魁祸首之一，会破坏动物的黏液和呼吸组织，还有植物组织。暴露在臭氧中会导致气喘，支气管炎，心脏病发作和其他心肺问题。类比于传统工业脱硝技术中出现的氨逃逸问题，臭氧逃逸同样出现在各种处理烟气和其他应用臭氧的场合。但市面上针对处理臭氧逃逸的装置并不常见，利用催化分解的方法处理臭氧是处理臭氧逃逸问题的重要方法。贵金属和过渡金属的氧化物已被发现是臭氧分解最有效的物质。然而昂贵的贵金属激发了研究人员把臭氧分解的重点放在便宜又实用的过渡金属氧化物上。

从环境的角度，过渡金属氧化物是一种新兴高效且廉价的用于解决臭氧逃逸的实用方法。同时也有不少专利对此做了阐述，如专利CN101757933A提供了一种臭氧分解催化剂，包括作为催化剂载体和催化剂助活性组分的金属泡沫镍和作为主活性组分通过浸渍方式覆在所述泡沫镍表面的锰或铁氧化物。该发明还提供了一种臭氧分解催化剂的制备方法，步骤包括配制硝酸锰或硝酸锰溶液，将作为载体的泡沫镍浸渍在所述溶液中，最后将浸渍后的载体烘干，并在一定温度下烘烤。专利CN102600861A提到一种用于催化分解臭氧的锰基复合氧化物催化剂及其制备方法。所述催化剂包括锰基氧化物和至少一种过渡金属氧化物，都是由可溶性锰盐和可溶性过渡金属盐采用均匀沉淀法或水热合成法制备。专利CN105312061A讲述了一种常温除臭氧催化材料，以多孔活性炭和分子筛为主的复合材料为载体，负载一种或几种非贵金属氧化物作为活性组分，同时载有一种或几种还原性保护剂，采用分布浸渍工艺制备而成。

以上专利涉及到的催化剂都是采用一些可溶性盐或过渡金属盐。

按照其配方比例来制备。并未对涂覆方法做详细说明。而本发明则是将过渡金属的纳米氧化物通过我们的涂载技术涂覆在多孔陶瓷复合材料上，采用的方法十分简单，成本低廉。本发明对涂覆方法做了详细的说明，并附图对比说明涂覆效果。由于纳米材料的特殊性能，所以我们发明的过渡金属纳米氧化物固体催化剂具有提高反应面积和反应速度，催化活性高，可重复使用等特点。此外本发明涉及到的涂载技术，目的是使得过渡金属纳米氧化物固体催化剂能够在持续恶劣的工业环境下(如在高温，高流速，高压，高湿度)，依然保持高效催化分解臭氧的效果。

纳米材料是指颗粒尺寸为纳米量级(1nm-100nm)的超细粒子材料，由于纳米粒子尺寸小、表面的体积分数较大、表面的化学键状态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全，导致表面的活性位置增加，使它具备了作为催化剂的基本条件。纳米催化剂具有优异的催化活性和选择性，其比表面积大，表面能高，晶体内扩散通道短，表面催化活性位多，吸附性能强，这些独特效应使纳米催化剂可以控制反应速率，提高反应效率。在开发新型的纳米材料的过程中，过渡金属元素起了重要作用。过渡金属氧化物生成的新型功能纳米材料，展现出丰富多彩的应用特性，已广泛应用于各工业领域，同时潜在的需求也在扩展。

目前要得到优良的纳米催化剂需要三大技术：载体，配方和涂载。其中涂载是一大难点。现涂载的方法有喷涂法，浸渍法等。

有利用各类喷涂法如常温喷涂,火焰喷涂和等离子喷涂等方法能将纳米材料较均匀涂载在基体上，但此类方法都比较复杂且需要对应设备，但这类方法得到的纳米催化剂在一些高湿度，高流速的恶劣环境下会脱落导致活性降低；浸渍法较为简单方便，但要将纳米粉末均匀且牢固地涂载到基体上是非常困难的。

而本发明通过采用简单的浸渍法，能将过渡金属纳米氧化物粉末均匀牢固地涂载在多孔陶瓷复合材料上。并且能够在持续恶劣的工业环境下(如在高温，高流速，高压，高湿度)，保持不脱落，依然保持高效催化分解臭氧的效果。

(三)发明内容：