一種復(fù)合催化劑及制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境催化材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合催化劑及制備方法和應(yīng) 用，更具體的涉及一種Ti02/Mn0 2負(fù)載貴金屬的復(fù)合催化劑材料，可在低溫弱光條件下高效 降解VOCs。
【背景技術(shù)】
[0002] 揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的排放，造成大氣環(huán)境污染，而室內(nèi)的VOC(甲醛、苯類、 酚類、醚類)排放對(duì)人們的居住環(huán)境和身體健康傷害巨大?，F(xiàn)在防止室內(nèi)VOC對(duì)人身體危害 的最有效方法，是通風(fēng)排放和吸附去除，均未做到VOC的最終消除。目前在消除VOCs的諸多 方法中（主要有吸附法、吸收法、冷凝法、催化氧化法等方法），催化氧化法被公認(rèn)為是最常 用和最有效的途徑之一，具有無二次污染、適用范圍廣和節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。催化氧化主要有 熱催化和光催化兩種途徑，其技術(shù)關(guān)鍵是高性能催化劑的可用性和經(jīng)濟(jì)性。催化劑的選擇 研究至今，貴金屬負(fù)載型催化劑對(duì)于VOCs的完全氧化，其低溫催化活性最好，但是價(jià)格昂 貴、易燒結(jié)和易揮發(fā)的缺點(diǎn)限制了其廣泛的應(yīng)用。體相賤金屬氧化物在高溫條件下對(duì)于 VOCs的氧化降解顯示出良好的催化性能，但在低溫下卻不能完全催化燃燒VOCs(起燃溫度 在200°C以上），使得這類材料的低溫催化活性受到影響，無法在室溫條件下催化降解室內(nèi) VOC污染物。
[0003] TiO2具有良好的光催化活性、穩(wěn)定的光化學(xué)性能、低成本且使用壽命長，但其能帶 隙較寬，且光生電荷復(fù)合的快。較好的二氧化鈦光催化劑在紫外光照射條件下，其光催化效 率達(dá)到98% (如德國產(chǎn)P25)，但是在可見光(紫外光約占5%)條件下，其光催化效率大幅度 降低，而在無法實(shí)現(xiàn)太陽光直照、陰天弱光條件下，其光催化降至無法可用程度。
[0004] 目前，大多數(shù)室內(nèi)環(huán)境均為弱光條件，因此研究開發(fā)一種在室溫弱光條件下可有 效降解VOCs污染物的催化材料非常有意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種復(fù)合催化劑的制備方法，所述制備方法包括如下 步驟：
[0006] (1)制備前驅(qū)體溶液:將含貴金屬的化合物與水混合均勻即得；
[0007] (2)制備懸濁液:將TiO2粉末、MnO2粉末、所述前驅(qū)體溶液和水混合均勻，即得；
[0008] (3)制備復(fù)合催化劑:加熱除去所述懸濁液中的水分，并研磨成粉，將粉末煅燒即 得;或者將所述懸濁液先經(jīng)紫外光照射處理，然后除去水分、干燥、研磨成粉即得。
[0009] 所述復(fù)合催化劑是借助于貴金屬良好的低溫催化性能，體相賤金屬氧化物的低成 本以及TiO2良好的光催化活性等特征制備得到的，該催化劑可在低溫(20_40°C)、弱光(無 需太陽光直照)條件下催化降解VOCs。
[0010] 步驟(2)的懸濁液中，以重量份計(jì)，優(yōu)選含有50-150份Mn〇2,85〇-950份Ti〇2,3-10份 貴金屬元素，三種物質(zhì)以此種配比組合，最終制備得到的光催化劑具有最佳的低溫弱光催 化性能。
[0011] 其中，所述重量份可以是等領(lǐng)域公知的重量單位，也可以是其倍數(shù)，如 1/10、1/100、10 倍、100 倍等。
[0012] 步驟（1)的具體操作優(yōu)選為：按照含貴金屬的化合物與水的重量比為1:(500-1500)比例將二者混合均勻，即得所述前驅(qū)體溶液;所述比例優(yōu)選為1:1000。
[0013] 步驟(3)的操作方式分浸漬法和光還原法，其中浸漬法的操作優(yōu)選為：在40-70°C 條件下，攪拌除去懸浮液中的水分，研磨成粉，將粉末在400-500°C條件下煅燒2-4h即得;浸 漬法的操作更優(yōu)選為:在55°C水浴條件下，攪拌除去懸浮液中的水分，得固體，將所述固體 研磨成粉，然后在450°C條件下煅燒3h即得所述復(fù)合催化劑。
[0014] 光還原法的操作優(yōu)選為:將所述懸浮液在紫外光條件下照射3-5h，再抽濾除去水 分，干燥研磨成粉即得。
[0015] 本發(fā)明提供了一種最佳的復(fù)合催化劑的制備方法，包括如下步驟：
[0016] (1)制備前驅(qū)體溶液:按照含Pt化合物與水的重量比為1:(500-1500)比例將二者 混合均勻，即得；
[0017] (2)制備懸濁液：按照每200mL懸濁液中含有0 · 05g-0 · 15g MnO2，0 · 85g-0 · 95g TiO2，3mg-10mg Pt元素，水余量的比例，將MnO2，TiO2，前驅(qū)體溶液，水混合均勻，即得；
[0018] (3)制備復(fù)合催化劑:在40-70°C條件下，攪拌除去懸浮液中的水分，研磨成粉，將 粉末在400-500°C條件下煅燒2-4h即得;或者將所述懸浮液在紫外光條件下照射3-5h，再抽 濾除去水分，干燥研磨成粉即得。
[0019] 其中，步驟(1)中，所述比例優(yōu)選為1:1000;所述含Pt化合物優(yōu)選為氯鉑酸。
[0020]為了使得復(fù)合催化劑具有最佳的催化效率，本發(fā)明所述的TiO2粉末優(yōu)選為二氧化 鈦P25,二氧化鈦P25屬于混晶型，銳鈦礦和金紅石重量比約為71: 29,由于兩種結(jié)構(gòu)混雜增 大了二氧化鈦晶格內(nèi)的缺陷密度，增大了載流子的濃度，使電子-空穴對(duì)數(shù)量增加，使其具 有更強(qiáng)的捕獲在二氧化鈦表面溶液(氧氣、水分、有機(jī)物）的能力；并且作為商品生產(chǎn)，價(jià)格 便宜，具有很好普及性，便于工業(yè)生產(chǎn)采購。
[0021]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供上述任意一種方法制備得到的復(fù)合催化劑。
[0022]本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供上述任意一種光催化劑在降解VOCs中的應(yīng)用。
[0023]本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供采用上述任意一種復(fù)合催化劑降解VOCs的方法：向所 述光催化劑中加入溶劑并分散均勻，然后均勻涂抹在載體上，并將所述載體置于含有VOCs 的空間內(nèi)，在室溫、自然光條件下即可實(shí)現(xiàn)對(duì)VOCs的降解。
[0024]其中，所述溶劑優(yōu)選為乙醇。
[0025]采用上述方法對(duì)室內(nèi)VOCs進(jìn)行降解，能滿足室內(nèi)居住條件下降解VOCs的實(shí)現(xiàn)要 求，且成本低便于廣泛應(yīng)用。
【附圖說明】
[0026]圖1為實(shí)施例2和實(shí)施例5負(fù)載0.5%Pt復(fù)合催化劑的XRD圖譜。
[0027]圖2為復(fù)合催化劑的能譜分析圖像，其中左側(cè)譜圖為實(shí)施例2中復(fù)合催化劑的能譜 曲線，右側(cè)譜圖為實(shí)施例5中復(fù)合催化劑的能譜曲線。
[0028]圖3為實(shí)施例2中復(fù)合催化劑去除NO的曲線。
[0029]圖4為實(shí)施例5中復(fù)合催化劑去除NO的曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。以下實(shí)施例中涉及到 的原料，如無特殊說明均可市購獲得;涉及到的操作如無特殊說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)操 作。其中氯鉑酸(H2PtCl 6 · 6H20)為分析純，購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；TiO2為二氧化 鈦P25，可購自贏創(chuàng)德固賽;MnO 2粉末的粒徑為微米級(jí)。
[0031]實(shí)施例1浸漬法制備負(fù)載0.3%Pt復(fù)合催化劑
[0032] 將Ig氯鉑酸溶于1000 mL去離子水中，得到前驅(qū)體溶液A;將0.9g P25,0.1 g MnO2粉 末，9mL前驅(qū)體溶液A(鉑元素含量為3mg)加入去離子水中，制成200mL溶液，超聲振蕩所述溶 液3min，得到懸浮液B;取IOOmL懸浮液B，在55°C水浴條件下，攪拌至干，得固體，將所述固體 研磨成粉末，并將所述粉末在450°C煅燒3h，即得負(fù)載0.3 %復(fù)合催化劑。
[0033]實(shí)施例2浸漬法制備負(fù)載0.5%Pt復(fù)合催化劑
[0034] 該實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1，其區(qū)別僅在于制備懸浮液B時(shí)，前驅(qū)體溶液A的添 加量為14.8mL。
[0035] 實(shí)施例3浸漬法制備負(fù)載0.8%Pt復(fù)合催化劑
[0036] 該實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1，其區(qū)別僅在于制備懸