本發(fā)明涉及環(huán)境催化相關(guān)，尤其涉及一種用于臭氧高效分解的異質(zhì)結(jié)nio催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、人體長(zhǎng)期處于高濃度臭氧環(huán)境下，可能會(huì)造成呼吸及心肺系統(tǒng)疾病。另外，高濃度臭氧對(duì)農(nóng)作物(減產(chǎn))和生態(tài)系統(tǒng)(氧化脅迫)都具有顯著危害。隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程，近地面臭氧污染問(wèn)題日益受到關(guān)注，已成為全球大氣治理的焦點(diǎn)之一。
2、目前臭氧分解方法主要包括熱分解法、紫外分解法、吸附法、催化分解法，催化分解法因其具有能耗低、效率高、適用性廣等優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前的主流技術(shù)。傳統(tǒng)的臭氧分解催化劑有貴金屬催化劑(如鉑、鈀等)和過(guò)渡金屬氧化物催化劑(如二氧化錳、氧化銅等)。貴金屬催化劑雖然活性高，但成本昂貴、資源稀缺，難以大規(guī)模應(yīng)用；過(guò)渡金屬氧化物催化劑成本較低，如mn基金屬催化劑是目前研究較多、臭氧分解性能較好的催化劑，但其依然存在高濕度下反應(yīng)過(guò)程中活性位點(diǎn)容易被氧中間體、水分子占據(jù)等問(wèn)題。以至于其在一些嚴(yán)苛環(huán)境下，如高濕度環(huán)境中，催化活性和穩(wěn)定性降低，無(wú)法滿足實(shí)際需求。
3、公開(kāi)號(hào)為cn116265101b的專利公開(kāi)了一種氮摻雜二氧化錳基臭氧催化劑的制備工藝及其產(chǎn)物，通過(guò)調(diào)控銀(ag)與鈀(pd)雙金屬活性組分在載體表面的負(fù)載比例來(lái)實(shí)現(xiàn)催化性能優(yōu)化。所制備的催化劑在臭氧處理領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著延長(zhǎng)的穩(wěn)定性，但其合成工藝存在工序繁瑣、貴金屬使用量較大導(dǎo)致的成本效益問(wèn)題，這為后續(xù)工藝改良提供了明確的技術(shù)突破方向。同時(shí)，公開(kāi)號(hào)為cn116920876a的專利公開(kāi)了一種新型臭氧分解催化劑，其制備過(guò)程涉及聚乙烯醇、丁苯橡膠、羥甲基纖維素以及聚乙二醇等可能造成二次污染的試劑，對(duì)操作人員呼吸系統(tǒng)也會(huì)構(gòu)成明確暴露風(fēng)險(xiǎn)。上述技術(shù)缺陷導(dǎo)致該催化劑體系在工業(yè)放大應(yīng)用中面臨環(huán)境合規(guī)性審查壓力與放大生產(chǎn)可行性受限的雙重挑戰(zhàn)。
4、故研發(fā)一種簡(jiǎn)單易制備，成本低，可擴(kuò)大生產(chǎn)，并在復(fù)雜工況下仍能保持高活性和穩(wěn)定性的臭氧分解催化劑具有重要意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
2、一種用于臭氧高效分解的異質(zhì)結(jié)nio催化劑及其制備方法的制備方法，包括以下步驟：
3、s1：取六水合硝酸鎳，溶于去離子水制得0.8～1.2mol/l鹽溶液a，取碳酸鈉與氫氧化鈉，按照2:1～4:1的比例溶于去離子水制得b液，取氫氧化鈉溶于去離子水制得2～3mol/l緩沖溶液c；
4、s2：a液、b液及c液置于常溫超聲清洗機(jī)中溶解；
5、s3：將a液及b液勻速滴入反應(yīng)容器中，c液充當(dāng)緩沖溶液調(diào)控ph值，滴定過(guò)程中反應(yīng)溫度，攪拌速率恒定不變；
6、s4：滴定完畢后陳化5小時(shí)，隨后將所得懸浮液進(jìn)行抽濾操作，利用乙醇溶液(乙醇溶液濃度范圍為0～100％)抽濾至濾液呈中性，得到濕濾餅；
7、s5：將濕濾餅轉(zhuǎn)移至烘箱中烘干，經(jīng)粉碎過(guò)篩得到催化劑前驅(qū)體；
8、s6：對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行焙燒處理，得到最終氧化鎳催化劑。
9、進(jìn)一步地，所述s2中溶解時(shí)間約為15分鐘。
10、進(jìn)一步地，所述s3中反應(yīng)容器應(yīng)事先準(zhǔn)備100～150ml去離子水，滴定過(guò)程中ab兩液保持同速，為1～2ml/min，c液所調(diào)控的ph范圍應(yīng)為10～10.5，滴定過(guò)程中反應(yīng)溫度為60～80℃，攪拌器轉(zhuǎn)速保持在200～250rpm。
11、進(jìn)一步地，所述s4中陳化溫度、攪拌速率應(yīng)與滴定過(guò)程保持一致。
12、進(jìn)一步地，所述s5中烘干溫度為70～80℃，時(shí)長(zhǎng)控制在24h，過(guò)篩尺寸為40目～60目；
13、進(jìn)一步地，所述s6中焙燒溫度為200℃～400℃，時(shí)長(zhǎng)為4～12h。
14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)的技術(shù)方案具備以下有益效果：
15、本發(fā)明以六水合硝酸鎳(ni(no3)2·6h2o)為鎳源，通過(guò)水溶液釋放ni2+，為氧化鎳的形成提供金屬活性中心；naoh可提供強(qiáng)堿性環(huán)境，促使ni2+快速水解生成ni(oh)2膠體；而na(co)3引入co32-緩釋堿性，通過(guò)形成nico3中間體延緩沉淀速率，改善晶粒均一性；通過(guò)在線監(jiān)測(cè)ph并調(diào)節(jié)溶液c滴加速率，使反應(yīng)體系穩(wěn)定在ph＝10.0-10.5區(qū)間，此條件下，ni2+以[ni(oh)4]2-絡(luò)合物形式存在，有利于生成高分散性前驅(qū)體；70℃下持續(xù)攪拌老化5小時(shí)，促進(jìn)ni(oh)2向熱力學(xué)更穩(wěn)定的β-ni(oh)2相轉(zhuǎn)變，為后續(xù)煅燒生成異質(zhì)結(jié)nio奠定基礎(chǔ)，乙醇低表面張力特性(24mn/m)置換水分子，降低毛細(xì)管力，防止干燥過(guò)程中孔道坍塌，保留介孔結(jié)構(gòu)。焙燒過(guò)程中，乙醇洗滌殘留的碳物種在煅燒中部分碳化，形成表面缺陷位點(diǎn)，增強(qiáng)電子轉(zhuǎn)移能力。通過(guò)共沉淀-煅燒協(xié)同調(diào)控，nio催化劑實(shí)現(xiàn)了介孔晶格缺陷的優(yōu)化集成，使其在高濕度(rh＝90％)環(huán)境下仍能保持臭氧分子的高效吸附與分解活性。
1.一種異質(zhì)結(jié)nio催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異質(zhì)結(jié)nio催化劑的制備方法，其特征在于，所述s2中溶解時(shí)間為15分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異質(zhì)結(jié)nio催化劑的制備方法，其特征在于，所述s3中反應(yīng)容器事先準(zhǔn)備100～150ml去離子水，滴定過(guò)程中溶液a、溶液b保持同速，為1～2ml/min，溶液c所調(diào)控的ph范圍為10～10.5，滴定過(guò)程中反應(yīng)溫度為60～80℃，攪拌器轉(zhuǎn)速保持在200～250rpm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異質(zhì)結(jié)nio催化劑的制備方法，其特征在于，所述s4中陳化溫度、攪拌速率與滴定過(guò)程保持一致；乙醇溶液濃度范圍為0～100％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異質(zhì)結(jié)nio催化劑的制備方法，其特征在于，所述s5中烘干溫度為70～80℃，時(shí)長(zhǎng)控制在24h，過(guò)篩尺寸為40目～60目。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異質(zhì)結(jié)nio催化劑的制備方法，其特征在于，所述s6中焙燒溫度為200℃～400℃，時(shí)長(zhǎng)為4～12h。
7.一種異質(zhì)結(jié)nio催化劑，由權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的制備方法制備得到。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種異質(zhì)結(jié)nio催化劑在高濕度和高速氣流環(huán)境下高效催化臭氧分解中的應(yīng)用。