[发明专利]一种紫外光自激发臭氧协同催化氧化VOCs催化剂及其制备方法和应用

说明书

一种紫外光自激发臭氧协同催化氧化VOCs催化剂及其制备方法和应用，取无碱无蜡玻璃纤维，用硝酸溶液煮泡，再用去离子水洗净至中性烘干；以钛酸四丁酯为前驱体，将其与无水乙醇混合，得溶液A；取去离子水、氧氯化锆以及乙酸溶于乙醇中，搅拌得到溶液B；将溶液A搅拌均匀后加入溶液B搅拌，得到淡黄色前驱体C；将玻璃纤维在淡黄色前驱体C中浸渍后烘干，并于室温陈化，在真空干燥箱中真空干燥，在马弗炉中煅烧，自然冷却至室温得到Zr‑Ti负载的玻璃纤维；混合硝酸锰、乙醇、乙酸和去离子水得到溶液D；将Zr‑Ti负载的玻璃纤维浸渍到溶液D中，陈化、烘干、焙烧，即得到一种紫外光自激发臭氧协同催化氧化VOCs催化剂。

技术领域

本发明属于环境催化和VOCs处理领域，具体涉及一种紫外光自激发臭氧协同催化氧化VOCs催化剂及其制备方法和应用，尤其涉及一种Mn-Zr-TiO₂/GF臭氧催化氧化复合催化剂的制备及应用。

背景技术

我国是工业大国，全国企业数量和累计工业总产值不断上升。然而，在经济蓬勃发展的同时，所带来的环境污染问题，尤其是工业废气污染问题也日趋严重，该问题已严重威胁到居民的健康。目前，VOCs治理已引起重视并被提上日程，受到政府和人们的广泛关注。对于VOCs目前最常用的是催化燃烧等方法，但是这些方法用于处理低浓度大风量VOCs不合适。针对低浓度大风量的VOCs，使用光催化技术，光催化氧化技术具有反应快速高效，对污染物分解彻底且环境友好等优点。但传统的负载型催化剂尚存在活性颗粒尺寸可控性差、活性组分易团聚、光能利用率低等问题。目前存在臭氧和光催化联用降解VOCs的技术，但是所使用的是外源引入的臭氧，增加了处理的成本，并且在产物中大量引入了臭氧这种副产物，限制了该技术在工业上的应用。如何使光催化和臭氧催化有机的耦合在一起处理工业上的有机废气成为限制其在环保领域发展的关键。目前以臭氧协同紫外通过Mn-Zr-TiO₂催化剂处理VOCs尚未见到报道。

发明内容

解决的技术问题：目前存在臭氧和光催化联用降解VOCs技术，但是所使用的是外源引入的臭氧，增加了处理的成本，并且在产物中大量引入了臭氧这种副产物，这种臭氧和光催化简单堆砌叠加限制了该技术在工业上的应用。本发明提供一种紫外光自激发臭氧协同催化氧化VOCs催化剂及其制备方法和应用，能够在光催化降解有机废气的同时在体系内自发产生臭氧，并且在复合催化剂中臭氧催化模块的作用下能够催化臭氧对有机废气的进行再次降解，充分利用了内源自发产生的臭氧，将紫外光解、臭氧氧化和光催化氧化有机耦合在一起，能够对有机物进行充分的降解。

技术方案：一种紫外光自激发臭氧协同催化氧化VOCs催化剂的制备方法，制备步骤如下：(1)取无碱无蜡玻璃纤维，用硝酸溶液煮泡1～2h，再用去离子水洗净至中性烘干，备用；(2)以钛酸四丁酯为前驱体，将其与无水乙醇混合，得溶液A备用，所述钛酸四丁酯与无水乙醇的摩尔比为1：(50～200)；(3)取去离子水、ZrOCl₂·8H₂O以及CH₃COOH溶于CH₃CH₂OH中，搅拌得到溶液B备用，氧氯化锆:冰醋酸:去离子水:无水乙醇的摩尔比为(1～5):(10～50):31:49；(4)将溶液A搅拌均匀后与溶液B按体积比34：31搅拌，得到淡黄色前驱体C，备用；(5)将经步骤(1)处理后的玻璃纤维在淡黄色前驱体C中浸渍后烘干，并于室温陈化，在真空干燥箱中真空干燥，在马弗炉中400-700℃高温煅烧，自然冷却至室温得到Zr-Ti负载的玻璃纤维，备用；(6)混合硝酸锰、CH₃CH₂OH、CH₃COOH和去离子水，四者摩尔比为(1～50):(50～200):(10～50):150，得到溶液D，搅拌备用；(7)将步骤(5)制得的Zr-Ti负载的玻璃纤维浸渍到溶液D中，室温陈化、烘干后焙烧，即得到一种紫外光自激发臭氧协同催化氧化VOCs催化剂(Mn-Zr-TiO₂/GF)。

优选的，步骤(1)所使用的无碱无蜡玻璃纤维的规格是60-200g/m²。