專利名稱：一種消除o的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系催化分解消除O3和同時(shí)催化消除O3和CO的方法，屬于新型催化劑。該催化劑能夠催化分解O3生成O2，催化氧化CO生成CO2。
由于能夠吸收外來的紫外線，臭氧層對(duì)我們?nèi)祟愂怯幸娴?。但地面環(huán)境中存在的O3卻是有害的，它能夠引發(fā)呼吸道疾病，增加光化學(xué)煙霧。O3對(duì)人體健康有較大的影響，長期與O3接觸，會(huì)出現(xiàn)口腔咽喉干燥、胸悶、咳嗽，引發(fā)支氣管炎，還會(huì)出現(xiàn)頭痛、頭昏、視力減退等現(xiàn)象。長時(shí)間接觸高于10mg/m3濃度的O3會(huì)引起中毒性肺水腫。我國公布的大氣環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)允許的O3濃度為0.12mg/m3。日本的環(huán)境允許濃度為0.11ppm。
CO是許多工業(yè)環(huán)境和室內(nèi)空氣中的首要污染物，特別是火災(zāi)現(xiàn)場、礦井坑道以及通風(fēng)不良的密閉環(huán)境?？諝庵泻?0ppm的CO對(duì)人體就有毒害作用，人體的短期耐受能力為300ppm。因此環(huán)境中的低濃度的CO對(duì)人體是十分有害的。
從技術(shù)應(yīng)用的角度來講，O3的分解相當(dāng)重要。飛機(jī)機(jī)艙中由外部來的空氣必須經(jīng)過凈化O3后才能循環(huán)使用。辦公環(huán)境中，從靜電復(fù)印機(jī)和激光打印機(jī)中出來的冷空氣中含有大量由電暈放電而產(chǎn)生的O3，必須經(jīng)過處理才能排放。同樣，用于消毒、除臭、水處理方面的電暈放電也能產(chǎn)生一定量的O3。過去經(jīng)常使用的活性炭和分子篩，由于僅僅依靠吸附作用實(shí)現(xiàn)O3的消除，因而并非真正意義上的催化材料。
中國專利87205109敘述了一種復(fù)印機(jī)O3凈化器，由集風(fēng)罩、接管、抽風(fēng)機(jī)和凈化箱組成，凈化箱內(nèi)裝有能在常溫下使O3分解的催化劑，是由煤質(zhì)活性炭或果殼活性炭與活性組分MnO2和CuO組成。此實(shí)用新型是一種有效的消除復(fù)印機(jī)工作場所O3的裝置。
中國專利932474748(公開號(hào)CN2182955)公開了一種復(fù)印機(jī)O3凈化器，由吸風(fēng)罩、波紋管、低噪音抽風(fēng)機(jī)、漏斗式催化箱和聯(lián)動(dòng)控制裝置組成，催化箱內(nèi)裝有Ni、Cr、Ag金屬氧化物三元催化劑，能有效地消除復(fù)印機(jī)工作場所的O3污染。
以上列舉的兩種催化劑，都能夠滿足復(fù)印機(jī)消除O3的要求，能適用于O3濃度較低的情形。但是有的實(shí)用專利催化劑存在O3腐蝕催化劑的現(xiàn)象，催化劑壽命較短；有的則不是嚴(yán)格意義上的催化劑，僅僅是O3的消耗品。
本發(fā)明的目的在于提供一種催化消除O3的方法，所用的催化劑具有良好的催化活性，可在室溫下催化O3的分解反應(yīng)，且適用的O3濃度范圍寬廣，具有良好的抗潮濕和抗O3腐蝕性能。在環(huán)境中含有CO的情況下，還能夠同時(shí)消除O3和CO，而不受O3和CO相對(duì)濃度的限制。
本發(fā)明的催化劑所使用的活性組分為金，載體為氧化物Co3O4，NiO，F(xiàn)e2O3或復(fù)合氧化物MFe2O4(M為堿土金屬或過渡金屬)，F(xiàn)e-Laponite，Co3O4/Al2O3。對(duì)O3濃度為3～30000ppm，常壓下氣體體積空速為1×103～2×104h-1時(shí)，反應(yīng)溫度10～50℃的條件下，進(jìn)行O3分解生成O2的反應(yīng)。同時(shí)該催化劑還可以在O3濃度為1～15000ppm，CO濃度為50ppm～10000ppm的情況下，同樣空速和反應(yīng)溫度下，催化O3和CO的同時(shí)消除反應(yīng)。
本發(fā)明的催化劑載體Co3O4、NiO、Fe2O3、MgFe2O4、CuFe2O4、NiFe2O4、MnFe2O4、Fe-Laponite，Co3O4/Al2O3可來自鈷鹽液、鎳鹽液、鐵鹽液、鎂鹽液、銅鹽液、錳鹽液、鋁鹽液以及粉末或成型的氧化鈷、氧化鐵、氧化鎳、氧化鎂、氧化銅、氧化錳、氧化鋁以及Laponite粘土材料。金可以來自鹽類或金屬，如HAuCl4、AuCl3和Au等。
本發(fā)明所用的催化劑載體為Co3O4、NiO、Fe2O3以及Fe-Laponite、Co3O4/Al2O3時(shí)，Au與Co或Ni、Fe原子比為1.0∶1×103～1.0∶10。
本發(fā)明所用的催化劑載體為復(fù)合氧化物MgFe2O4(M＝Mg、Cu、Ni、Mn)時(shí)，Au與M的原子比可以是1.0∶1.0×103～1.0∶10。
本發(fā)明所用的催化劑的制備方法可以是共沉淀法，沉淀沉積法，離子交換法。
催化劑共沉淀法制備過程將適量的金鹽溶液和載體金屬的鹽溶液滴加到碳酸鈉的溶液中，經(jīng)靜置、分離、洗滌、焙燒、處理即可得到所需的催化劑。
催化劑沉積沉淀法制備過程將粉末或成型的氧化物或復(fù)合載體氧化物置于活性組分前體溶液中，在強(qiáng)烈的攪拌下，滴加入堿溶液(如Na2CO3、K2CO3、NaOH、尿素、氨水等)?？刂迫芤旱腜H值為5～10，直至沉淀完全，經(jīng)沉降、過濾、洗滌、干燥、焙燒或活化處理即可得到所需的催化劑。
催化劑離子交換法制備過程將金鹽和鐵鹽的混合溶液加入到具有陽離子交換功能的Laponite溶液中，充分?jǐn)嚢瑁缓髮⒐腆w沉淀物過濾、洗滌、干燥、焙燒或活化處理即可得到所需的催化劑。
用本發(fā)明所述的催化劑，當(dāng)混合氣組成為O296.9～97.1％，O30.29～0.31％(或含有3000ppmO3的空氣)，在常壓固定床反應(yīng)器上，可使反應(yīng)尾氣中殘余O3量小于0.5ppm，其O3分解轉(zhuǎn)化率大于99.9％。
用本發(fā)明所述的催化劑，當(dāng)混合氣體組成為CO0.5％，O260.34～60.36％，O30.14～0.16％(體積百分比)，N2為平衡氣時(shí)。在常壓固定床反應(yīng)器上，可使反應(yīng)尾氣中殘余O3量小于0.5ppm，其O3分解轉(zhuǎn)化率大于99.9％，而CO可以達(dá)到100％的轉(zhuǎn)化。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)是(1)具有良好的室溫催化活性和穩(wěn)定性；(2)可適用于較高的O3濃度；(3)能夠同時(shí)消除O3和CO；(4)O3和CO的同時(shí)催化消除，不受二者相對(duì)濃度的限制；(5)具有很好的抗潮濕和抗O3腐蝕的能力。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方式和最佳實(shí)施實(shí)例例1.采用共沉淀法制備Au/Ni的原子比為1.0∶33的Au/NiFe2O4催化劑，其成品為均勻紅(棕)黑色。
在混合氣組成為O296.9～97.1％，O30.29～0.31％(體積百分比)，氣體體積空速為10000h-1，反應(yīng)溫度為20℃的情況下，反應(yīng)時(shí)間在3小時(shí)以內(nèi)，能使尾氣中的殘余O3量小于0.5ppm。
例2.采用共沉淀法制備Au/Mg的原子比為1.0∶33的Au/MgFe2O4催化劑，其成品為均勻黑色。
于相同的操作條件下，處理例1所述的混合氣，尾氣中O3含量小于0.5ppm。
例3.采用共沉淀法制備Au/Co的原子比為1.0∶99的Au/Co3O4催化劑，其成品為均勻黑色。
于相同的操作條件下，處理例1所述的混合氣，反應(yīng)時(shí)間在8小時(shí)以內(nèi)，能使尾氣中O3的含量小于0.5ppm。
例4.采用共沉淀法制備Au/Fe的原子比為1.0∶99的Au/Fe2O3催化劑，其成品為均勻黑棕色。
于相同的操作條件下，處理例1所述的混合氣，反應(yīng)時(shí)間在8小時(shí)以內(nèi)，能使尾氣中O3的含量小于0.5ppm。
例5.采用例4所述的催化劑，在O3濃度為3000～3100ppm，氣體體積空速為10000h-1，反應(yīng)溫度為10℃的情況下，用此催化劑凈化混合氣后，尾氣中O3含量小于0.5ppm。
例6.采用沉淀-沉積法制備Au/Co3O4/Al2O3催化劑，其成品為顆粒狀，顏色為均勻黑色。
于相同的操作條件下，處理例1所述的混合氣，尾氣中O3的含量小于0.5ppm。
例7.采用例1所述混合氣經(jīng)水蒸氣飽和后，對(duì)例4所述催化劑進(jìn)行抗潮濕性能實(shí)驗(yàn)，在20℃下，連續(xù)進(jìn)行5小時(shí)的O3分解反應(yīng)，催化劑的反應(yīng)活性無降低跡象，尾氣中殘余O3量一直小于0.5ppm。
例8.采用共沉淀法制備Au/Ni的原子比為1.0∶99的Au/NiO催化劑，其成品為均勻黑色。
于相同的操作條件下，處理例1所述的混合氣，尾氣中O3含量小于0.5ppm。
例9.采用例2所述方法制備Au/CuFe2O4、Au/MnFe2O4催化劑，其成品為均勻黑色。
于相同的操作條件下，處理例1所述的混合氣，尾氣中O3含量小于0.5ppm。
例10.采用離子交換的方法制備Au/Fe-Laponit催化劑，其成品為為均勻灰色。
于相同的操作條件下，處理例1所述的混合氣，尾氣中O3含量小于0.5ppm。
例11.采用例3制備的催化劑，在混合氣組成為CO0.5％，O260.34～60.36％，O30.14～0.16％(體積百分比)，N2為平衡氣。氣體體積空速為10000h-1，反應(yīng)溫度為20℃的情況下，反應(yīng)時(shí)間在3小時(shí)以內(nèi)，能使尾氣中的殘余O3量小于0.5ppm，而CO達(dá)到100％的轉(zhuǎn)化。
例11.采用例6制備的催化劑，在混合氣組成為CO0.5％，O260.34～60.36％，O30.14～0.16％(體積百分比)，N2為平衡氣。氣體體積空速為10000h-1，反應(yīng)溫度為20℃的情況下，反應(yīng)時(shí)間在3小時(shí)以內(nèi)，能使尾氣中的殘余O3量小于0.5ppm，而CO達(dá)到100％的轉(zhuǎn)化。
例13.采用例10制備的催化劑，在混合氣組成為CO0.5％，O260.34～60.36％，O30.14～0.16％(體積百分比)，N2為平衡氣，氣體體積空速為10000h-1，反應(yīng)溫度為20℃的情況下，反應(yīng)時(shí)間在3小時(shí)以內(nèi)，能使尾氣中的殘余O3量小于0.5ppm，而CO達(dá)到100％的轉(zhuǎn)化。
權(quán)利要求
1.一種催化分解消除O3以及同時(shí)消除O3和CO的催化方法。其特征在于活性組分為金，載體為氧化物Co3O4、NiO、Fe2O3或復(fù)合氧化物MFe2O4(M為堿土金屬或過渡金屬)、Fe-Laponite、Co3O4/Al2O3的催化劑，在反應(yīng)溫度為10～50℃，氣體體積空速為1000～20000h-1條件下催化O3完全分解。在同樣的操作條件下，也能夠同時(shí)消除O3和CO。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使用的O3濃度范圍3～30000ppm。
3.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使用的O3濃度范圍1～15000ppm，CO濃度范圍為50～10000ppm。
4.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使用的載體為Co3O4、NiO、Fe2O3時(shí)，Au與Co或Ni、Fe原子比為1.0∶1×103～1.0∶10。
5.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于催化劑載體為復(fù)合氧化物MFe2O4時(shí)，Au與M的原子比為1.0∶1×103～1.0∶10，M為Mg、Cu、Ni、Mn。
6.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于催化劑載體為Fe-Laponite時(shí)，Au與Fe的原子比為1.0∶1×103～1.0∶10。
7.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于催化劑載體為復(fù)合氧化物Co3O4/Al2O3時(shí)，Au與Co的原子比為1.0∶1×103～1.0∶10。
全文摘要
本發(fā)明為一種催化分解消除O
文檔編號(hào)B01J23/48GK1465427SQ0212354
公開日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2002年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月2日
發(fā)明者郝鄭平, 王東輝 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心