一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂及其制备方法

摘要

一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂，将涂覆液负载在多孔基材上制备而成，所述涂覆液中各活性成分的重量比例份数为：0.8-1.2份十八酸山梨醇酯、1.6-2.4份OP-10，4.2-5.8份聚乙二醇，0.15-0.85份羧基纤维素钠，1.1-1.9份聚乙烯醇，3.2-4.8份乙酸乙烯酯，90-110份水，2-50份纳米金属氧化物。本发明还提供了一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂的制备方法，制备的催化剂具有使用寿命长、成本低、风阻小、无二次粉尘的优点。

说明书

技术领域

本发明属于空气净化材料的技术领域，涉及消除臭氧的催化剂，具体涉及一种寿命长、成本低、风阻小、无二次粉尘污染的以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂及其制备方法。

背景技术

臭氧是一种强氧化剂，在多种场合中存在，如臭氧空气消毒机、紫外灯、果蔬消毒机、负离子发生器、静电除尘器、复印机等。虽然臭氧是一种优良的消毒剂，但是由于其自身毒性比较大，各种环境中对其最高浓度限制在0.10mg/m³。因此，需要对其进行消除。

由Pt、Pd、Ag、Ce等稀有金属组成的臭氧消除催化剂效率高、寿命长，但其缺点是价格昂贵，大大限制了应用范围。同时国内也有大量专利由过渡金属氧化物组成的消除臭氧的催化剂，其成本适宜。其载体主要是活性颗粒物、惰性颗粒、金属蜂窝体、氧化铝蜂窝体、颗粒物或粉体的二次负载后形成的滤器。如CN1679996A公开的专利中是将活性炭粉与活性组分等物质制成原液负载于多孔陶瓷、纤维、海绵、铝蜂窝、纸蜂窝上，其缺点是载体的比表面积小，催化剂有效组分含量比较低，寿命相对较短、催化效果较低。CN1375348A公开的专利中催化剂载体是活性炭纤维，活性炭纤维的比表面积是非常大的，但是由于其结构疏松，单位体积内的有效负载量非常低，而一般的活性炭纤维毡布气体阻力比较大，而且该催化剂仅对低浓度(臭氧浓度小于15mg/m³)的臭氧有催化效果。CN101219232A公开的专利中，是将负载有活性组分的活性炭颗粒充填于蜂窝体滤器中，其负载量和风阻均比较合理，但是活性炭颗粒在蜂窝滤器的气流中不可避免要产生粉尘，扩散到空气中，造成粉尘污染。

发明内容

本发明为解决现有技术中臭氧消除催化剂的寿命短、负载低、阻力大、易造成二次粉尘污染的缺陷，提供了一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂及其制备方法。

本发明为实现其目的采用的技术方案是：

一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂，将涂覆液负载在多孔基材上制备而成，所述涂覆液中各活性成分的重量比例份数为：0.8-1.2份十八酸山梨醇酯、1.6-2.4份OP-10，4.2-5.8份聚乙二醇，0.15-0.85份羧基纤维素钠，1.1-1.9份聚乙烯醇，3.2-4.8份乙酸乙烯酯，90-150份水，2-50份纳米金属氧化物。

所述涂覆液中各活性成分的重量比例份数为：1份十八酸山梨醇酯、2份OP-10，5份聚乙二醇，0.5份羧基纤维素钠，1.5份聚乙烯醇，4份乙酸乙烯酯，100份水，18份纳米金属氧化物。

所述的纳米金属氧化物选自纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米氧化铁、纳米氧化亚铁、纳米氧化锰、纳米氧化铝、纳米氧化铜、纳米二氧化铝中的一种或多种。纳米金属氧化物的复配使用可以起到协同增效的作用，大大提高对臭氧的消除效果。

所述的多孔基材为铝蜂窝、纸蜂窝、塑料蜂窝、陶瓷蜂窝中的一种。

所述的多孔基材的厚度大于5mm，多孔基材中孔的形状为圆形、方形或多边形，孔的周长为10-100mm，孔壁的厚度为孔周长的1/5-3/4。本发明的多孔基材中孔的周长与孔壁厚度的比例可以提高气流通过多孔基材时的最佳接触时间，在保证催化效果的同时减少风阻。

一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂的制备方法，包括以下步骤：

A、按活性成分的重量比例份数称取十八酸山梨醇酯、OP-10、聚乙二醇、羧基纤维素钠，并溶于水中，得到混合溶液A，备用；

B、按活性成分的重量比例份数称取聚乙烯醇、乙酸乙烯酯加入到混合溶液A中，搅拌至溶解，得到混合溶液B，备用；

C、向搅拌均匀的混合溶液B中加入纳米金属氧化物，搅拌均匀，得到悬浮液，备用；

D、采用等体积浸渍法或喷涂法将悬浮液均匀涂覆在多孔基材上，沥干多余液体，置于130-260℃烘箱中烘干处理0.5-5小时，取出即得以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂。在130-260℃温度下进行烘干，可以提高活性成分更好的附着在多孔基材上，防止催化剂使用过程中脱落，在130-260℃温度下进行烘干，可以保证活性成分各处干燥均匀。

所述的等体积浸渍法为将多孔基材浸渍到悬浮液中，浸渍时间不小于30min。

所述的喷涂法是利用喷枪将悬浮液喷涂到多孔基材上。

本发明的有益效果是：本发明的臭氧消除催化剂在风速≤1m/s，臭氧浓度低于100mg/m³时，臭氧催化分解效果可达100％，风阻＜50Pa，当提高风阻时，臭氧催化效果会大大提高，而且本发明的臭氧消除催化剂不会发生二次粉尘污染。

本发明中，十八酸山梨醇酯、OP-10(烷基酚聚氧乙烯醚)的作用是提高纳米氧化金属的分散效果；羧基纤维素钠、聚乙烯醇、乙酸乙酯共同作用提高纳米氧化金属在多孔基材上的附着力，防止其脱落，并且为纳米氧化金属保湿，提高纳米氧化金属的活性，从而大大提高臭氧的消除效果。纳米氧化金属作为臭氧消除催化剂的主要成分，大大提高了对臭氧的催化效果，同时为空气当中提供自由羟基，主动去催化分解臭氧，并提高空气当中的负离子含量，同时对空气中的甲醛、异味等具有显著的催化分解效果。

本发明中各活性成分的含量对臭氧的消除效果起到关键性作用，控制十八酸山梨醇酯：OP-10：聚乙二醇：羧基纤维素钠的比例为(0.8-1.2)：(1.6-2.4)：(4.2-5.8)：(0.15-0.85)，优选控制比例1：2：5：0.5，该比例旨在提高纳米金属氧化物在整个涂覆液中的分散效果，充分与纳米金属氧化物混合，在涂覆液中分散开来，结合聚乙烯醇、乙酸乙酯的控制比例，改变纳米金属氧化物的表面活性，充分结合，使纳米金属氧化物均匀附着在载体上，提高其催化活性。

具体实施方式

本发明为解决现有技术中臭氧消除催化剂的寿命短、负载低、阻力大、易造成二次粉尘污染的缺陷，提供了一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂及其制备方法，下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂，将涂覆液负载在多孔基材上制备而成，所述涂覆液中各活性成分的重量比例份数为：1份十八酸山梨醇酯、2份OP-10，5份聚乙二醇，0.5份羧基纤维素钠，1.5份聚乙烯醇，4份乙酸乙烯酯，100份水，纳米氧化铜与纳米氧化亚铁、纳米二氧化铝组成的复配混合物18份。

实施例2

一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂，将涂覆液负载在多孔基材上制备而成，所述涂覆液中各活性成分的重量比例份数为：0.8份十八酸山梨醇酯、1.6份OP-10，4.2份聚乙二醇，0.15份羧基纤维素钠，1.1份聚乙烯醇，3.2份乙酸乙烯酯，90份水，纳米氧化铁与纳米二氧化钛组成的复配混合物20份。

实施例3

一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂，将涂覆液负载在多孔基材上制备而成，所述涂覆液中各活性成分的重量比例份数为：0.85份十八酸山梨醇酯、1.7份OP-10，4.4份聚乙二醇，0.2份羧基纤维素钠，1.2份聚乙烯醇，3.4份乙酸乙烯酯，105份水，纳米氧化锌与纳米二氧化锰组成的复配混合物6份。

实施例4

一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂，将涂覆液负载在多孔基材上制备而成，所述涂覆液中各活性成分的重量比例份数为：0.9份十八酸山梨醇酯、1.8份OP-10，4.6份聚乙二醇，0.3份羧基纤维素钠，1.3份聚乙烯醇，3.6份乙酸乙烯酯，95份水，纳米氧化亚铁与纳米氧化铝组成的复配混合物35份。

实施例5

一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂，将涂覆液负载在多孔基材上制备而成，所述涂覆液中各活性成分的重量比例份数为：0.95份十八酸山梨醇酯、1.9份OP-10，4.8份聚乙二醇，0.4份羧基纤维素钠，1.4份聚乙烯醇，3.8份乙酸乙烯酯，110份水，纳米氧化亚铁16份。

实施例6

一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂，将涂覆液负载在多孔基材上制备而成，所述涂覆液中各活性成分的重量比例份数为：1.05份十八酸山梨醇酯、2.1份OP-10，5.2份聚乙二醇，0.6份羧基纤维素钠，1.6份聚乙烯醇，4.2份乙酸乙烯酯，115份水，纳米氧化铜13份。

实施例7

一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂，将涂覆液负载在多孔基材上制备而成，所述涂覆液中各活性成分的重量比例份数为：1.1份十八酸山梨醇酯、2.2份OP-10，5.4份聚乙二醇，0.7份羧基纤维素钠，1.7份聚乙烯醇，4.4份乙酸乙烯酯，120份水，纳米氧化锰与纳米二氧化钛组成的复配混合物10份。

实施例8

一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂，将涂覆液负载在多孔基材上制备而成，所述涂覆液中各活性成分的重量比例份数为：1.15份十八酸山梨醇酯、2.3份OP-10，5.6份聚乙二醇，0.8份羧基纤维素钠，1.8份聚乙烯醇，4.6份乙酸乙烯酯，125份水，纳米二氧化钛45份。

实施例9

一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂，将涂覆液负载在多孔基材上制备而成，所述涂覆液中各活性成分的重量比例份数为：1.2份十八酸山梨醇酯、2.4份OP-10，5.8份聚乙二醇，0.85份羧基纤维素钠，1.9份聚乙烯醇，4.8份乙酸乙烯酯，130份水，纳米氧化铁与纳米氧化亚铁组成的复配混合物39份。

实施例10

一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂，将涂覆液负载在多孔基材上制备而成，所述涂覆液中各活性成分的重量比例份数为：1份十八酸山梨醇酯、2份OP-10，5份聚乙二醇，0.5份羧基纤维素钠，1.5份聚乙烯醇，4份乙酸乙烯酯，148份水，纳米氧化锌与纳米二氧化钛组成的复配混合物15。

实施例11

一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂，将涂覆液负载在多孔基材上制备而成，所述涂覆液中各活性成分的重量比例份数为：1份十八酸山梨醇酯、2份OP-10，5份聚乙二醇，0.5份羧基纤维素钠，1.5份聚乙烯醇，4份乙酸乙烯酯，135份水，纳米氧化铝3份。

实施例12

一种以多孔基材为载体的臭氧消除催化剂，将涂覆液负载在多孔基材上制备而成，所述涂覆液中各活性成分的重量比例份数为：1份十八酸山梨醇酯、2份OP-10，5份聚乙二醇，0.5份羧基纤维素钠，1.5份聚乙烯醇，4份乙酸乙烯酯，140份水，纳米氧化铝与纳米二氧化铝组成的复配混合物13份。

本发明中纳米氧化金属的制备为：用可溶性金属盐溶解于水中，然后一边搅拌一边加入NaOH溶液或氨溶液，至pH值≥7.0，再搅拌3分钟后静止1h，澄去上清液即可得到纳米氧化金属。本发明在制备纳米氧化金属时，必须严格控制溶液的pH值≥7.0，否则会造成纳米金属比例失衡，这是经过长期研究总结得到的，而搅拌3min是必须要做的，并不是仅仅为了混合均匀、促进金属氧化物的形成，最主要的是保证产生的金属氧化物纳米级别较高，严格控制搅拌3min保证纳米金属氧化物的粒径，多于或少于3min都会造成纳米金属氧化物颗粒过大或过小，使纳米金属氧化物的催化效果不明显甚至失效，这并非简单实验就可以确认的，是我们经过长期研究才发现的催化效果不明显的原因所在。

对比实施例1

一种消除臭氧的催化剂，其中含氧化锰62-71％、氧化铜18-27％、氧化镍4-6％、氧化银7-9％，还含有少量的纳米尺度单晶金属锰、铜、镍和银。

对比实施例2

一种消除臭氧的催化剂，各组分重量百分比的配方为：30克活性炭，110克分散剂，25克35％的催化剂水溶液，35克胶粘剂，80克6％阻燃剂水溶液，其中分散剂为有机高分子分散剂或纤维素分散剂，催化剂为碘化钾或硫代硫酸钠，胶粘剂为丙烯酸胶、聚乙烯醇等，阻燃剂为氢氧化镁或氢氧化铝。

对比实施例3

一种消除臭氧的催化剂，各组分重量比为活性炭：氧化分解催化剂：纳米银抗菌粉：润湿分散剂：成膜剂：水＝(15-25)：(25-35)：(1-2)：(30-40)：(20-30)：150，其中氧化分解催化剂由重量比为40:1:9的二氧化锰或粉末状的高锰酸盐和三氧化二铁、沸石粉组成，成膜剂为水溶性聚丙烯酸乳液。

将上述中各个实施例进行臭氧消除试验，结果显示如下：

由上表可知，本发明的臭氧消除效果明显优于其他方案的臭氧消除效果，对本发明方案的催化剂和其他方案的催化剂进行使用寿命的调查显示，本发明的臭氧消除催化剂相较于其他三种催化剂的使用寿命提高了45％。