[发明专利]一种高效降解氨气污染物的纳米催化剂及应用

说明书

本发明提供了一种高效降解氨气污染物的纳米催化剂及应用，属于气相污染物净化处理、去除恶臭氨气等空气污染物技术领域。在不锈钢网上用硅溶胶固定涂覆纳米催化剂Sn‑V₂O₅，作为导电阴极，阳极是由铜棒在K₂SO₄电解质溶液中腐蚀或产电微生物代谢活动产电形成，两极经鳄鱼夹及导线和外电阻构成闭合电路回路，可见光源由灯提供，构建了不锈钢反应器，模拟氨气污染净化系统，可实现对氨气的高效去除。实验中即使少量的纳米催化剂也可以快速的降解氨气，且在光、电、微生物这三个激发要素的存在下其降解氨气的性能都有所提高，其中在铜棒在电解质溶液中腐蚀产电做阴极的情况下，其降解氨气的效果最佳。

技术领域

本发明属于气相污染物净化处理、去除恶臭氨气等空气污染物技术领域，主要涉及Sn-V₂O₅纳米催化剂、光电催化功能膜组件的制备及在不锈钢反应器中对氨气污染控制进行消除的系统，用新催化剂实现了氨气的高效去除，且效果稳定，为进一步开发其他空气污染物的高效降解催化剂提供了参考，为治理臭气污染及净化空气方面提供科学基础。

背景技术

恶臭气体排放导致的问题，己成为七大环境公害之一。气态氨(NH₃)是一种来源广泛的常见主要的恶臭污染物，主要源于农业大量施用氮肥和持续扩大的禽畜养殖业。NH₃作为一种有毒的大气污染气体，对动物或人体的上呼吸道有刺激和腐蚀作用，不仅可以经肺泡进入血液与血红蛋白结合，破坏血红蛋白的运输氧功能，使生物体出现组织缺氧，从而降低生物体的抵抗能力，危害动物和人体健康和生命。另外氨气可附着在尘埃上，迁移到更远的地方，沉降后会造成土壤和水体的酸化，导致生态系统的富营养化，对生态环境有破坏作用，严重污染环境。最近研究表明，氨气也是导致雾霾和颗粒物形成的重要诱因之一。但之前的研究大都针对二氧化硫、氮氧化物、甲醛、挥发性有机物等，而光催化降解有毒氨气的研究却被大多数人忽略。

传统的处理技术，如吸附和通风等，不能完全消除NH₃。选择性催化技术(SCO)可以使用各种催化剂金属，金属氧化物完全去除氧化NH₃，但它们无法实现在室温下有效地去除气态NH₃。近年来，光催化技术被用于空气净化领域，它可以通过使用具有独特性质的纳米结构光催化材料做催化剂，利用光能将各种污染物在环境温度下将空气污染物如甲醛、挥发性有机化合物等降解成无害的最终产品，如CO₂或H₂O及其他小分子物质等，并且没有显著的能量消耗。因此，光催化氧化技术(PCO)被认为是一种很有前景的空气净化技术。其过程是在光的作用下，光催化剂表面形成活性物种，通过与污染物发生氧化还原反应来将其降解成无害终产物。目前空气净化的创新前沿，将电场引入光催化，增强光催化效果的研究逐渐增加。但将光催化和电催化耦合用来处理降解氨气的研究却不多。

最近，层状氧化钒(V₂O₅)材料由于其优良的物理化学性质获得关注。V₂O₅是一种n型半导体，具有红外反射率和透射率，在室温下带隙为2.38eV，有较高的比容量和能量密度，以及磁化率，可变氧化态等性质。由于这些优异的性能，V₂O₅被广泛用作电池，存储介质，传感器，催化器等中的阴极材料。纳米尺寸的材料具有各种有趣的性质，例如更大的比表面积，更短的扩散距离，高结晶度，更好的导电性等。纳米材料的这些特性直接影响材料的性能。由于钒离子的可变氧化态的存在，使V₂O₅纳米材料形成一层氧化物表面，可以改善气体化学吸附的缺陷，从而促使其在室温下可以快速降解污染物。

多数研究结果表明，阳离子掺杂是改进V₂O₅材料性能的有效方法，主要是因为外来离子引入V₂O₅晶格可以调节离子占有和主体材料的电子结构。其中锡离子掺杂已被证明也是改进金属氧化物材料性能不错的阳离子。