[发明专利]一种室温下催化活化氧气清除挥发性有机物的催化剂的制备方法及其再生方法与应用

说明书

一种室温下催化活化氧气清除挥发性有机物的催化剂的制备方法及其再生方法与应用，步骤：1)将金属铝粉溶解在饱和的高锰酸钾水溶液中，控制反应温度在10‑90℃之间，金属铝和高锰酸钾的重量百分比控制在1‑50％之间；2)在超声波场中冷却沉淀得到固体催化剂，或者和多聚金属氧酸盐共沉淀得到固体催化剂。本发明原材料低廉、制造工艺简单、易操作，制备成本较低；制备的催化剂能在环境条件下使用空气中的氧气来降解苯等无取代基芳香烃挥发性有机物，使用安全无毒；催化剂的催化活性能够用臭氧就地再生，降低了催化剂的使用成本；能和多孔载体物质挤压成其它形状的物质，催化能力不受影响。

技术领域

本发明属于空气净化技术领域，涉及一种全新的催化剂的制备方法，具体是一种室温下催化活化氧气清除挥发性有机物的催化剂的制备方法及其再生方法与应用。

背景技术

空气中的挥发性有机物(VOCs)和水中的难降解有机物(POPs)，都会损害人体健康，特别是无取代基的芳香烃(例如苯、萘、等)，不少都是致癌物质(Carcinogen)。在室温条件下，通过化学催化剂来催化活化空气中的氧气实现清除空气中的挥发性有机物和水中的难降解有机物，包括微生物，不会产生二次污染物，并且实用能耗低，是空气和水净化领域中最理想和前沿的技术，虽然最近几年开始出现相关的报道，已知的技术都存在一定的缺陷。我们以前发明成功的多数催化剂，催化活化得到的活性氧无法破坏降解无取代基的芳香烃(如苯、萘、等)。例如，含有贵金属的双金属中心催化剂，如钯(Pd)-铜(Cu)催化体系【专利公开号CN106807239A】，必须有甲醛相助、或者温度高于一百摄氏度以上，才能催化活化空气中的氧气降解挥发性有机物苯；文献报道的钯(Pd)-金(Au)催化剂【J Phys Chem C,2015,卷119，11754-11762页】活化的氧气，在室温下只具备氧化降解一氧化碳、烯烃和醇的能力；纳米贵金属微粒作为催化剂【铂、金、银、等，ACS Catalysis,2013,卷3，478-486页】，也不具备室温下降解无取代基芳香烃的能力，并且纳米金属微粒聚合变形导致催化剂快速失活；同时贵金属如金和钯等都价格贵，导致催化剂成本高；以钒(V)为催化中心的催化剂【Catalysis Letter,2015,卷145，1014-1021页】，由于钒有剧毒，难以使用；铁粉牺牲法用于活化氧气的技术【Environ.Eng.Res.2015；卷20(3)，205-211页】，需要使用超过需降解的挥发性有机物摩尔量的铁粉；生物酶以及对应的仿生络合物催化剂(如卟啉类络合物等)虽然能够在室温下降解无取代基的芳香烃【Drug Metabolism Review,2002,卷34，691-708页；Proc Natl Acad Sci USA,2016,卷113，12035-12040页】，但是，它们易于被很多种物质毒化而失活，且这些物质作为催化剂催化的反应很慢；等等。

需要发明出一种全新的、原材料便宜、制造工艺简单、制备和使用成本低的催化剂，能够在环境条件下(室温、一个大气压)，具备使用空气中的氧气来降解苯等无取代基芳香烃挥发性有机物的能力。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种工艺简单、成本低的室温下催化活化氧气清除挥发性有机物的催化剂的制备方法，制备的催化剂能够在室温下使用空气中的氧气来降解无取代基芳香烃，具有使用安全无毒，且可再生的特点。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种上述催化剂的再生方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种上述催化剂的应用。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种室温下催化活化氧气清除挥发性有机物的催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将金属铝粉在搅拌条件下分批次溶解在饱和的高锰酸钾水溶液中，控制反应温度在10-90℃之间，金属铝和高锰酸钾的重量百分比控制在1-50％之间；

2)然后在超声波场中冷却沉淀得到固体催化剂，或者和多聚金属氧酸盐共沉淀得到固体催化剂，其中多聚金属氧酸盐的加入量为金属铝粉摩尔量的2.5～3.5倍。