金属或金属离子修饰C基臭氧活化催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种金属或金属离子修饰C基臭氧活化催化剂及其制备方法和应用，该催化剂由金属或金属盐负载于C载体的内部及表面形成，用于吸附并催化分解一部分臭氧，再通过金属或金属离子利用臭氧在C载体内部及表面分解过程中产生的H2O2降解有机污染物，消除二次污染。与现有技术相比，本发明专利技术的催化剂通过先分解臭氧再降解污染物的模式及边分解臭氧边降解污染物的模式，在短时间内快速消除有机污染物，同时在有水存在时，可优先活化臭氧降解有机物，并具有良好的使用寿命和再生能力；因此，本发明专利技术在室内空气污染治理方面具有良好的应用前景。前景。前景。

【技术实现步骤摘要】
金属或金属离子修饰C基臭氧活化催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于环境材料领域，涉及一种金属或金属离子修饰C基臭氧活化催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着互联网和全球一体化经济的发展，人们可以足不出户进行一切的工作、学习和生活活动，现代人的一生中平均有80％以上的时间在室内度过，室内空气质量的好坏与人们的健康密切相关。导致室内空气污染的污染源较多，主要包括氨、苯、甲苯、甲醛、粉尘等。它们是导致多种恶性病和慢性病发生的重要原因。此外，空气中的VOCs还是另一类空气污染物——臭氧的前驱体之一。现行的VOCs处理技术主要有光催化法、燃烧法、吸附法、臭氧氧化法、低温等离子净化法、生物法、吸收法以及电化学法。吸附法设备简单、操作方便、可以重复使用，但仅仅是吸附剂与污染物之间的物理吸附，不能起到降解作用；臭氧氧化法反应彻底，设备简单、运行维护简便，其缺点在于若不能合理计算臭氧氧化法所需的臭氧浓度，反应后过多剩余的臭氧会对空气造成二次污染。国际环境空气质量标准(National Ambient Air Quality Standards，NAAQS)提出，人在一个小时内可接受臭氧的极限浓度是0.26mg/m3，即121ppb。我国《室内空气中臭氧卫生标准》(GB/T 18202
‑
2000)规定1h内室内空气中臭氧浓度的平均最高容许浓度为0.1mg/m3，即46ppb。因此臭氧氧化技术很难大规模应用于室内空气净化方面。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的就是为了提供一种金属或金属离子修饰C基臭氧活化催化剂及其制备方法和应用。本专利技术的催化剂可有效活化臭氧，增强臭氧降解气相有机污染物能力。
[0004]针对当前空气净化中存在的问题，本专利技术开发了金属或金属离子修饰的C基催化剂。利用sp2杂化的C载体快速吸附并催化分解一部分臭氧，再通过金属或金属离子利用臭氧在C载体表面分解过程中产生的H2O2降解有机污染物。同时C载体作为有效的吸附剂，可以吸附空气中的有机污染物及其降解中间产物，为臭氧活化和污染物快速降解提供反应场所。另一方面，臭氧活化和污染物快速降解过程迅速矿化所吸附的污染物，消除二次污染，使C载体不易达到吸附饱和，保持高效吸附。经氧化处理后或sp3杂化的纳米碳材料，仅可起吸附作用，活化臭氧能力显著降低，无法为污染物降解提供所需的活性氧物种。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]本专利技术第一方面提供金属或金属离子修饰C基臭氧活化催化剂，该催化剂由金属或金属盐负载于C载体的内部及表面形成，用于吸附并催化分解一部分臭氧，再通过金属或金属离子利用臭氧在C载体内部及表面分解过程中产生的H2O2降解有机污染物，消除二次污染。
[0007]优选地，所述的金属或金属盐为具有芬顿催化活性金属或金属离子盐。
[0008]优选地，所述的金属或金属盐中的金属元素包括铁、锰或铜。
[0009]优选地，所述的C载体为杂化形式为sp2的纳米碳材料，包括但不限于碳纳米管、石墨烯或石墨粉。
[0010]本专利技术第二方面提供所述的金属或金属离子修饰C基臭氧活化催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0011]S1：在室温条件下，将金属盐与去离子水混合，搅拌至溶解；
[0012]S2：将C载体加入步骤S1的溶液中，搅拌，得到悬浮液；
[0013]S3：将悬浮液固液分离，得到金属离子修饰C基臭氧活化催化剂；
[0014]S4：将金属离子修饰C基臭氧活化催化剂还原处理，得到金属修饰C基臭氧活化催化剂。
[0015]优选地，步骤S1中，金属盐与去离子水的用量之比为1mol:100mL～1mol:1000mL。
[0016]优选地，步骤S2中，金属盐与C载体的用量之比控制在1mol:5mol～1mol:80mol。更优选控制在1mol:25mol。
[0017]优选地，步骤S3中，固液分离采用抽滤的方法，得到的滤饼干燥研磨后得到金属离子修饰C基臭氧活化催化剂。
[0018]优选地，步骤S4中，还原处理的方法包括高温气体还原法或液相还原法。
[0019]本专利技术第三方面提供所述的金属或金属离子修饰C基臭氧活化催化剂的应用，将其用于活化臭氧氧化分解VOC。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]本专利技术在C载体上负载金属或金属盐制备金属或金属离子修饰C基臭氧活化催化剂。通过控制C载体及金属(金属盐)的比例，可制备不同金属或金属离子负载量的臭氧活化催化剂，该复合材料在模拟污染物降解实验中，通过先分解臭氧再降解污染物的模式及边分解臭氧边降解污染物的模式，在短时间内快速消除有机污染物，同时在有水存在时，可优先活化臭氧降解有机物，并具有良好的使用寿命和循环使用能力。因此，本专利技术在室内空气污染治理方面具有良好的应用前景。
附图说明
[0022]图1为不同铁离子负载比例样品对模拟污染物降解实验图。
[0023]图2为同种金属不同阴离子盐负载样品对模拟污染物降解实验图。
[0024]图3为不同金属盐负载样品对模拟污染物降解实验图。
[0025]图4为CNT
‑
Mn样品对模拟不同浓度污染物降解实验图。
[0026]图5为CNT
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Mn样品循环使用实验图。
[0027]图6为G
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Mn与GO
‑
Mn样品活性对比图。
具体实施方式
[0028]金属或金属离子修饰C基臭氧活化催化剂，该催化剂由金属或金属盐负载于C载体的内部及表面形成，用于吸附并催化分解一部分臭氧，再通过金属或金属离子利用臭氧在C载体内部及表面分解过程中产生的H2O2降解有机污染物，消除二次污染。
[0029]金属或金属盐优选为具有芬顿催化活性金属或金属离子盐。金属或金属盐中的金
属元素优选包括铁、锰或铜。
[0030]C载体优选为杂化形式为sp2的纳米碳材料，包括但不限于碳纳米管、石墨烯或石墨粉。
[0031]金属或金属离子修饰C基臭氧活化催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0032]S1：在室温条件下，将金属盐与去离子水混合，搅拌至溶解；
[0033]S2：将C载体加入步骤S1的溶液中，搅拌，得到悬浮液；
[0034]S3：将悬浮液固液分离，得到金属离子修饰C基臭氧活化催化剂；
[0035]S4：将金属离子修饰C基臭氧活化催化剂还原处理，得到金属修饰C基臭氧活化催化剂。
[0036]步骤S1中，优选金属盐与去离子水的用量之比为1mol:100mL～1mol:1000mL。步骤S2中，优选金属盐与C载体的用量之比控制在1mol:5mol～1mol:80mol。更优选控制在1mol:25mol。步骤S3中，优选固液分离采用抽滤的方法，得到的滤饼干燥研磨后得到金属离子修饰C基臭氧活化催化剂。步骤S4中，优选还本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.金属或金属离子修饰C基臭氧活化催化剂，其特征在于，该催化剂由金属或金属盐负载于C载体的内部及表面形成，用于吸附并催化分解一部分臭氧，再通过金属或金属离子利用臭氧在C载体内部及表面分解过程中产生的H2O2降解有机污染物，消除二次污染。2.根据权利要求1所述的金属或金属离子修饰C基臭氧活化催化剂，其特征在于，所述的金属或金属盐为具有芬顿催化活性金属或金属离子盐。3.根据权利要求2所述的金属或金属离子修饰C基臭氧活化催化剂，其特征在于，所述的金属或金属盐中的金属元素包括铁、锰或铜。4.根据权利要求1所述的金属或金属离子修饰C基臭氧活化催化剂，其特征在于，所述的C载体为杂化形式为sp2的纳米碳材料，包括但不限于碳纳米管、石墨烯或石墨粉。5.如权利要求1～4任一所述的金属或金属离子修饰C基臭氧活化催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在室温条件下，将金属盐与去离子水混合，搅拌至溶解；S2：将C载体加入步骤S1的溶液中，搅拌，得到悬浮液；S3：将悬浮液固液分离，得到金属离子修饰C基臭氧活化催...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建，郑承锦，苏丰，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：