[发明专利]一种VOCs净化用炭纤维负载室温催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种VOCs净化用炭纤维负载室温催化剂及其制备方法，制备方法包括以下步骤：步骤一、将硝酸锰、硝酸铜、硝酸铋和硝酸铈溶解于去离子水和醇中，形成前驱体溶液；加热搅拌前驱体溶液，形成粘滞的稠状凝胶体；然后干燥煅烧得到催化剂粉体；步骤二、将催化剂粉体与硅溶胶混合后球磨，形成混合溶胶；将混合溶胶和预聚体混合，形成催化剂固化溶胶；步骤三、将催化剂固化溶胶荷电喷涂到炭纤维表面，经紫外光照射固化在炭纤维表面；进行荷电喷涂的装置包括雾化喷头和电极环；电极环内部均匀分布有若干放电尖端；雾化喷头设置在电极环的一侧；炭纤维位于电极环的另一侧，炭纤维上方设有紫外灯。本发明具有负载均匀效率高、固化时间短等优点。

技术领域

本发明属于环保领域，涉及一种VOCs净化用催化剂，尤其涉及一种VOCs净化用炭纤维负载室温催化剂及其制备方法。

背景技术

炭纤维相比于普通活性炭，具有更大的比表面积和更均匀的空隙结构，可以实现VOCs的快速吸附和脱附，是一种良好的低浓度VOCs净化材料。锰系催化剂是一种良好的室温催化剂，目前广泛应用于室内的甲醛等有机物的净化。

炭纤维同时也是一种良好的催化剂载体，可以将吸附和催化进行有效的集成，负载了室温催化剂的炭纤维材料，可以有效吸附VOCs，在吸附一定量VOCs后，通入小风量的高浓度的臭氧或者高能离子即可以强化常温催化作用，实现已吸附VOCs的彻底分解，从而对炭纤维进行有效再生。

目前室温催化剂一般仅限于室内甲醛等小分子量的VOCs的净化，在大分子VOCs净化方面仍存在净化效率不高，中间产物较多的问题，需要提高催化剂在室温时的矿化效率，通过多组分催化剂的适配和臭氧协同催化是一种有效的方式，目前鲜有研究。炭纤维是一种良好的催化剂载体，但是在实际使用时，前负载需要烧结，炭纤维无法承受高温；后负载炭纤维涂覆催化剂分散液时，潮湿状态下炭纤维的强度明显下降，操作时极易折断，难以量产。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供一种VOCs净化用炭纤维负载室温催化剂及其制备方法：制备的催化剂与硅胶溶液研磨后，添加预聚体，再喷涂到活性炭纤维载体上时，催化剂中的氧化铋光催化剂在紫外灯作用下可以形成大量活性基团作用于预聚体，同时结合荷电喷雾可以实现快速固话，并强化催化剂与载体炭纤维的结合能力，防止后期使用过程中的脱落；炭纤维负载室温催化剂后的快速固化，可以避免炭纤维在湿的状态下翻折烘干导致的破损，此种方式无需再烘箱中烘干，并可以反复涂覆负载催化剂，有效的提高了负载效率；催化剂负载到炭纤维上时，通过荷电喷雾，进一步提高了负载的均匀性和催化剂的利用效率，降低了雾滴尺寸，进一步缩短了固化时间。

为实现上述目的，本发明提供一种VOCs净化用炭纤维负载室温催化剂的制备方法，具有这样的特征：包括以下步骤：

步骤一、将硝酸锰、硝酸铜、硝酸铋和硝酸铈溶解于去离子水和醇中，形成前驱体溶液；加热搅拌前驱体溶液，形成粘滞的稠状凝胶体；然后干燥煅烧得到催化剂粉体，催化剂主要成分为氧化锰、氧化铜、氧化铋和氧化铈的混合物；

步骤二、将催化剂粉体与硅溶胶混合后球磨，形成混合溶胶；将混合溶胶和预聚体混合，形成催化剂固化溶胶；

步骤三、将催化剂固化溶胶荷电喷涂到炭纤维表面，经紫外光照射固化在炭纤维表面，催化剂中的氧化铋光催化剂在紫外灯辐照下产生大量自由基和阳离子等高能活性基团，有利于引发预聚体不饱和双键的交联固化，在数分钟内完成固化作用，将催化剂有效负载在炭纤维载体上，喷涂完一遍后，无需额外干燥即可以负载第二遍，从而有效提高工作效率，避免炭纤维因翻折导致的破损；

进行荷电喷涂的装置包括雾化喷头和电极环；电极环内部均匀分布有若干放电尖端；雾化喷头设置在电极环的一侧，位于电极环的中心轴线上；炭纤维位于电极环的另一侧，炭纤维上方设有紫外灯，光源波长254nm；