一種活性炭基納米TiO2復(fù)合MnO2催化材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種活性炭基空氣催化凈化材料技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種活性炭基納米Ti02復(fù)合MnO 2催化材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明涉及一種以納米二氧化鈦為基礎(chǔ)催化材料，二氧化錳以化學(xué)沉積的方法附著在納米1102顆粒表面組成的復(fù)合催化材料及其制備方法，特別適用于室內(nèi)及工業(yè)廢氣治理的催化材料制備。
[0003]研究表明，室內(nèi)環(huán)境中大部分有機(jī)污染物的污染水平是室外的數(shù)倍，有時(shí)甚至高達(dá)百倍數(shù)量級(jí)；而現(xiàn)代人通常平均在室內(nèi)度過的時(shí)間占到80% — 90%，也正由于人類在室內(nèi)較高的污染濃度暴露水平，所以室內(nèi)空氣質(zhì)量與人體更為密切相關(guān)，也更為空氣凈化企業(yè)所關(guān)注；作為空氣污染物大多數(shù)均具有化學(xué)毒性，對(duì)人體健康構(gòu)成潛在的危害，因此研發(fā)高效、長(zhǎng)效的空氣凈化材料，去除空氣中揮發(fā)性有機(jī)物是非常重要的課題。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)空氣中污染物的凈化技術(shù)主要有換氣法、過濾法、吸附法、光催化降解方法；前三種方法存在局期性，沒有對(duì)有機(jī)污染物降解和脫毒功能，而光催化降解技術(shù)是利用Ti02的光催化特性，對(duì)空氣中的有機(jī)污染物進(jìn)行降解脫毒；由于納米1102顆粒化學(xué)穩(wěn)定性高、成本低，作為光催化材料，同時(shí)具有氧化性強(qiáng)、降解效率高、無(wú)毒且無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境污染治理和新能源應(yīng)用領(lǐng)域的前景非常廣闊。然而，納米Ti02光催化劑在反應(yīng)過程中光子利用率低、電子空穴對(duì)易復(fù)合；納米顆粒粒徑小、易團(tuán)聚；比表面積小，對(duì)污染物分子吸附性能差；在動(dòng)態(tài)流體中難回收、易損失，造成粉塵污染等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種活性炭基納米Ti02復(fù)合Μη02催化材料及其制備方法，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，從廢氣治理的實(shí)際應(yīng)用角度考慮，采用蜂窩活性炭塊或者碳纖維網(wǎng)作為基材，將納米Ti02顆粒與MnO 2進(jìn)行負(fù)載制備出復(fù)合催化材料，提高其催化性能，與純納米Ti02顆粒相比，以超細(xì)二氧化鈦為基礎(chǔ)催化材料，二氧化錳以化學(xué)沉積的方法附著在納米Ti02顆粒表面組成的復(fù)合催化材料催化活性高、制備工藝流程短、易于控制，復(fù)合催化材料具有氧化性強(qiáng)、降解效率高、無(wú)毒且無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境污染治理和新能源應(yīng)用領(lǐng)域前景廣闊；解決了普通納米Ti02光催化劑在反應(yīng)過程中光子利用率低、電子空穴對(duì)易復(fù)合、納米顆粒粒徑小、易團(tuán)聚、比表面積小的問題，對(duì)有機(jī)污染物分子吸附性能好。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種活性炭基納米Ti02復(fù)合MnO 2催化材料，包括蜂窩矩形塊、蜂窩圓形塊、蜂窩六棱塊、蜂窩孔、三角條紋、半圓條紋、Ti/Mn涂層、蜂窩纖維網(wǎng)，其特征在于:
[0007]所述蜂窩矩形塊、蜂窩圓形塊、蜂窩六棱塊，由活性炭粉末經(jīng)過壓機(jī)，分別由矩形模具、圓形模具和六棱模具壓制成型，所述蜂窩矩形塊、蜂窩圓形塊、蜂窩六棱塊截面上滿布設(shè)置有等距離方形的蜂窩孔，所述蜂窩孔沿所述蜂窩矩形塊、蜂窩圓形塊和蜂窩六棱塊軸向通孔設(shè)置；所述蜂窩孔的內(nèi)側(cè)四壁上沿所述蜂窩矩形塊、蜂窩圓形塊和蜂窩六棱塊軸向設(shè)置有三角條紋和半圓條紋，所述三角條紋和半圓條紋相互交錯(cuò)設(shè)置；所述蜂窩矩形塊、蜂窩圓形塊、蜂窩六棱塊和蜂窩纖維網(wǎng)上的蜂窩孔內(nèi)部涂敷有Ti/Mn涂層；所述Ti/Mn涂層覆著在所述三角條紋和半圓條紋表面。
[0008]所述蜂窩纖維網(wǎng)為單層或者多層復(fù)合網(wǎng)。
[0009]所述蜂窩矩形塊邊長(zhǎng)、蜂窩圓形塊直徑、蜂窩六棱塊直徑的尺寸范圍為30mm—1000mmo
[0010]所述蜂窩矩形塊、蜂窩圓形塊、蜂窩六棱塊的長(zhǎng)度范圍為80mm — 1000mm。
[0011]所述蜂窩孔的尺寸范圍為3mm—100mm。
[0012]所述三角條紋至少設(shè)置一條，所述半圓條紋至少設(shè)置一條。
[0013]—種活性炭基納米Ti02復(fù)合MnO 2催化材料的制備方法，包括基材活化、納米鈦制備、鈦涂敷、錳涂敷、化學(xué)沉積、后處理，其特征在于:
[0014]1、基材活化，所述基材是指蜂窩矩形塊或者蜂窩圓形塊或者蜂窩六棱塊或者蜂窩纖維網(wǎng)中的任意一種；選取基材，將基材裝填到容器內(nèi)，所述容器內(nèi)添加工業(yè)乙醇，使得工業(yè)乙醇完全浸泡所述基材；通過循環(huán)栗對(duì)容器內(nèi)的乙醇進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，所述基材的蜂窩孔橫向放置，流動(dòng)浸泡時(shí)間為30分鐘一 120分鐘；基材的比表面積大于500m2/g ;
[0015]2、納米鈦制備，制備銳鈦礦和金紅石混合型納米二氧化鈦粉體；所述鈦源選自四氯化鈦、鈦酸四丁酯和鈦酸乙酯中的一種；所述酸為鹽酸或硝酸中的一種或其混合物；鹽酸的重量濃度為35% — 37% ;硝酸的重量濃度為60% — 65% ;所述溶液中，各組份的體積分?jǐn)?shù)為:鈦源1 % — 5%，無(wú)水乙醇5% — 45%，酸35% — 50%，余量為去離子水；
[0016]首先將鈦源溶解在鹽酸和無(wú)水乙醇混合溶劑中，然后加入硝酸，制成混合液，對(duì)混合液進(jìn)行加熱水解，熱解溫度為80—120度；靜止或者攪拌加熱時(shí)間為8小時(shí)一 16小時(shí)；其后通過去離子水洗至中性，再經(jīng)過無(wú)水乙醇清洗，干燥，得到含有不同比例的銳鈦礦和金紅石礦納米二氧化鈦粉體，所述納米二氧化鈦的粒徑< 100nm ;Ti02顆粒為銳鈦礦和金紅石混合晶型重量百分比為79:21，備用。
[0017]3、鈦涂敷，選用步驟2中制備的納米二氧化鈦粉末，按20% (wt% )比例加入去離子水中攪拌形成懸浮液，形成均勻懸浮液；選用步驟1中經(jīng)過工業(yè)乙醇處理過的蜂窩活性炭基材，其比表面積大于500m2/g，置于懸浮液中浸漬20分鐘后取晾干，備用；
[0018]4、錳涂敷，按照鈦源與高錳酸鉀質(zhì)量比為，鈦源:高錳酸鉀=(15-20): 1的比例，配制高錳酸鉀溶液，將步驟3中制得的蜂窩活性炭基材，浸入高錳酸鉀溶液中，浸泡時(shí)間為20分鐘，取出后晾干，備用；
[0019]5、化學(xué)沉積，將步驟4中制得的基材裝填到密封容器內(nèi)，在450°C — 550°C溫度下，通入氮?dú)膺€原，對(duì)二氧化鈦晶相比例進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，同時(shí)在蜂窩孔內(nèi)涂敷生成二氧化錳；沉積時(shí)間為2小時(shí)；所述基材上沉積的1102質(zhì)量比為85% — 95%，所述二氧化錳質(zhì)量比為5%—15% ；
[0020]6、后處理，將步驟5中的基材冷卻至室溫，取出，加適量去離子水沖洗，以去除副產(chǎn)物錳酸鉀，再次對(duì)基材進(jìn)行干燥，即得到所需的活性炭基納米Ti02復(fù)合MnO 2催化材料塊體或者纖維網(wǎng)。
[0021]本發(fā)明的目的是提供一種以蜂窩活性炭為載體、將二氧化錳和納米二氧化鈦?zhàn)鳛閺?fù)合催化劑負(fù)載在蜂窩活性炭上制備催化塊體或者纖維網(wǎng)用于空氣凈化治理；本發(fā)明制備工藝流程短，易于控制，所得復(fù)合催化材料具有催化活性高，在常溫下可以處理低濃度室內(nèi)空氣中的揮發(fā)性有機(jī)污染物(TV0C)，在70?120°C溫度范圍內(nèi)，可以用于高濃度工業(yè)有機(jī)廢氣的治理。
[0022]通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是:從廢氣治理的實(shí)際應(yīng)用角度考慮，采用蜂窩活性炭塊或者活性炭纖維網(wǎng)作為基材，發(fā)揮活性炭?jī)?yōu)質(zhì)的吸附能力，活性炭具有高的比表面積，對(duì)低濃度以至痕量有機(jī)物污染物去除能力強(qiáng)；將納米Ti02顆粒與Mn02進(jìn)行負(fù)載制備出復(fù)合催化材料，提高其催化性能，與純納米Ti02顆粒相比，以超細(xì)二氧化鈦為基礎(chǔ)催化材料，二氧化錳以化學(xué)沉積的方法附著在納米Ti02顆粒表面組成的復(fù)合催化材料催化活性高、制備工藝流程短、易于控制，復(fù)合催化材料具有氧化性強(qiáng)、降解效率高、無(wú)毒且無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境污染治理和新能源應(yīng)用領(lǐng)域前景廣闊；解決了普通納米Ti02光催化劑在反應(yīng)過程中光子利用率低、電子空穴對(duì)易復(fù)合、納米顆粒粒徑小、易團(tuán)聚、比表面積小的問題，對(duì)有機(jī)污染物分子吸附性能好。
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例所公開的一種活性炭基納米Ti02復(fù)合MnO2催化材料矩形塊截面示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)施例所公開的一種活性炭基納米Ti02復(fù)合MnO2催化材料圓形塊截面示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明實(shí)施例所公開的一種活性炭基納米Ti02復(fù)合MnO2催化材料六棱塊截面示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明實(shí)施例所公開的一種活性炭基納米Ti02復(fù)合MnO2催化材料蜂窩孔截面示意圖；
[0028]圖5為本發(fā)明實(shí)施例所公開的一種活性炭基納米Ti02復(fù)合MnO2催化材料蜂窩材料及其制備方法實(shí)施例1示意圖；
[0029]圖6為本發(fā)明實(shí)施例所公開的一種活性炭基納米Ti02復(fù)合MnO2催化材料蜂窩材料及其制備方法實(shí)施例2示意圖。
[0030]圖中數(shù)字和字母所表示的相應(yīng)部件名稱:
[0031]1.蜂窩矩形塊2.蜂窩圓形塊3.蜂窩六棱塊4.蜂窩孔
[0032]5.三角條紋 6.半圓條紋 7.Ti/Mn涂層
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，