一种金属基整体式催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种金属基整体式催化剂及其制备方法，所述制备方法包括：将前驱液经雾化后通过火焰场，经热泳在金属基体上沉积形成涂层，得到所述金属基整体式催化剂。通过对制备工艺的设计，使得制备过程中金属基体里金属元素的向外溶出会形成氧化物中间层，氧化物中间层提升了所得金属基整体式催化剂中催化涂层和金属基体的结合力同时增强了催化剂的活性，提高催化剂对臭氧的分解能力。

A metal based monolithic catalyst and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种金属基整体式催化剂及其制备方法
本专利技术涉及臭氧催化领域，具体涉及一种金属基整体式催化剂及其制备方法。
技术介绍
臭氧是一种常见的室内气态污染物。室内臭氧的污染除了室外臭氧的侵入，还来源于复印机、激光打印机和臭氧消毒机等一些现代设备的排放。室内臭氧的污染给人类带来了诸多健康问题，包括肺功能下降，增加如哮喘等呼吸道疾病的发生频率。由于其毒性，美国职业安全与健康管理局(OSHA，UnitedStates)将人类在8小时内对臭氧的最大允许暴露量设定为0.10ppm。《室内空气质量标准》(GB/T18883-2002)要求室内臭氧浓度不得超过0.16mg/m3(0.07ppm)。因此，迫切需要开发消除室内臭氧的有效方法，以保护人类健康免受环境中日益增加的臭氧暴露的影响。在诸多控制臭氧污染的技术中，催化氧化由于其温和的使用条件，高效的净化效率以及低廉的成本从而得到了广泛的应用。Cu2O(Gong,Lietal.2017)，Ag2O(Imamura,Ikebataetal.1991)和NiO(Stoyanova,Konovaetal.2006)等P型金属氧化物催化剂对臭氧有良好的催化降解能力。但是，这些粉体催化剂在实际应用时，通常需要进一步制成颗粒或者涂敷在多孔载体上，使得整体式催化剂的制备步骤繁琐。此与同时，从工程角度来看，金属整体式催化剂由于其尺寸小、压降低、传质传热高效，因此较粉末催化剂和颗粒催化剂在应用中更具优势。但是，由于金属基体表面光滑、比表面积小，且催化剂陶瓷涂层与基体由于热膨胀系数不匹配，因此存在涂层在金属基体上牢固度不高等问题。如CN107983348A公开了一种臭氧分解P型金属氧化物Cu2O整体式催化剂的制备方法，此方法需要多个步骤。首先使用抗坏血酸、甲醛等还原剂在碱性环境中还原铜得到沉淀，沉淀再然后经过离心、多次洗涤得到浆料，最后再将基体浸渍于浆料烘干得到催化剂。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种金属基整体式催化剂及其制备方法，通过本专利技术所得的催化剂，制备过程中金属基体里金属元素的向外溶出会形成氧化物中间层，提升催化涂层和金属基体的结合力同时增强了催化剂的活性，提高催化剂对臭氧的分解能力。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种金属基整体式催化剂的制备方法，所述制备方法包括：将前驱液经雾化后通过火焰场，经热泳在金属基体上沉积形成涂层，得到所述金属基整体式催化剂。通过对制备工艺的设计，使得制备过程中金属基体里金属元素的向外溶出会形成氧化物中间层，氧化物中间层提升了所得金属基整体式催化剂中催化涂层和金属基体的结合力同时增强了催化剂的活性，提高催化剂对臭氧的分解能力。本专利技术中的中间层不同于传统的涂层和金属基体物理型的结合方式，而是属于化学反应型的结合，因此催化涂层和金属基体的结合力强。其次基体金属的溶出形成的金属氧化物可以和沉积的催化涂层的氧化物相互之间形成协同效应，增强对臭氧的分解能力。作为本专利技术优选的技术方案，所述前驱液中溶剂为液相标准燃烧焓≤4600kJ/mol的有机溶液，例如可以是4600kJ/mol、4400kJ/mol、4200kJ/mol、4000kJ/mol、3800kJ/mol、3600kJ/mol、3400kJ/mol、3200kJ/mol、3000kJ/mol、2000kJ/mol或1000kJ/mol等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。所述前驱液的溶剂可选的可以是乙酸、丙酸、丁酸、甲醇、乙醇、乙二醇、1-丙醇、异丙醇、丙酮或甲苯等中的1种或至少2种的组合。所述组合可以是乙酸和乙醇的组合，丙酮和甲苯的组合，甲醇和乙醇的组合，乙二醇和丙酮的组合，甲醇和丁酸的组合，1-丙醇或异丙醇的组合等，但不限于所列举的组合，该范围内其他未列举的组合同样适用。本专利技术中，所述组合后的溶剂也需满足液相标准燃烧焓≤4600kJ/mol。作为本专利技术优选的技术方案，所述前驱液的溶质包括催化剂活性元素的无机盐和/或有机盐。优选地，所述催化剂活性元素包括铜、镍、锰、铁、钴或银的1种或至少2种的组合。所述组合可以是铜和镍的组合，锰和铁的组合，钴和银的组合等，但不限于所列举的组合，该范围内其他未列举的组合同样适用。优选地，所述有机盐包括羧酸盐和/或乙酰丙酮盐。所述组合可以是羧酸盐和乙酰丙酮盐的组合，乙酰丙酮盐和烷氧酸的组合等，但不限于所列举的组合，该范围内其他未列举的组合同样适用。优选地，所述无机盐包括硝酸盐和/或碳酸盐。优选地，所述前驱液中溶质的浓度≤2mol/L，例如可以是2mol/L、1.9mol/L、1.8mol/L、1.7mol/L、1.6mol/L、1.5mol/L、1.4mol/L、1.3mol/L、1.2mol/L、1.1mol/L、1mol/L或0.5mol/L等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，所述雾化中金属基体距离雾化喷嘴的距离为5-30cm，例如可以是5cm、10cm、15cm、20cm、25cm或30cm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述雾化中前驱液的送液速率为1-15mL/min，例如可以是1mL/min、2mL/min、3mL/min、4mL/min、5mL/min、6mL/min、7mL/min、8mL/min、9mL/min、10mL/min、11mL/min、12mL/min、13mL/min、14mL/min或15mL/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，所述雾化中的雾化介质为氧气。优选地，所述雾化中氧气的流量为1.5-15L/min，例如可以是1.5L/min、2L/min、3L/min、4L/min、5L/min、6L/min、7L/min、8L/min、9L/min、10L/min、11L/min、12L/min、13L/min、14L/min或15L/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，所述火焰场通过燃烧可燃气体提供。优选地，所述火焰场的温度为1000-2600℃，例如可以是1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃、1500℃、1600℃、1700℃、1800℃、1900℃、2000℃、2100℃、2200℃、2300℃、2400℃、2500℃或2600℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述可燃气体的燃烧低热值＜80MJ/Nm3，例如可以是79MJ/Nm3、75MJ/Nm3、70MJ/Nm3、65MJ/Nm3、60MJ/Nm3、55MJ/Nm3、50MJ/Nm3、45MJ/Nm3、40MJ/Nm3或30MJ/Nm3等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属基整体式催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将前驱液经雾化后通过火焰场，经热泳在金属基体上沉积形成涂层，得到所述金属基整体式催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属基整体式催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将前驱液经雾化后通过火焰场，经热泳在金属基体上沉积形成涂层，得到所述金属基整体式催化剂。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述前驱液中溶剂为液相标准燃烧焓≤4600kJ/mol的有机溶液。


3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述前驱液的溶质包括含催化剂活性元素的无机盐和/或有机盐；
优选地，所述催化剂活性元素包括铜、镍、锰、铁、钴或银的1种或至少2种的组合；
优选地，所述有机盐包括羧酸盐和/或乙酰丙酮盐；
优选地，所述无机盐包括硝酸盐和/或碳酸盐；
优选地，所述前驱液中溶质的浓度≤2mol/L。


4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述雾化中金属基体距离雾化喷嘴的距离为5-30cm；
优选地，所述雾化中前驱液的送液速率为1-15mL/min。


5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述雾化中的雾化介质为氧气；
优选地，所述雾化中氧气的流量为1.5-15L/min。


6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述火焰场通过燃烧可燃气体提供；
优选地，所述火焰场的温度为1000-2600℃；
优选地，所述可燃气体的燃烧低热值＜80MJ/Nm3；
优选地，所述可燃气体的流量为0.5-5L/min；
优选地，所述燃烧时的助燃气为氧气；
优选地，所述氧气的流量为1-10L/min。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈运法，赵峰，韩宁，李双德，王安琪，岳仁亮，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11