本發(fā)明涉及催化劑制備和環(huán)境保護，具體涉及一種高效穩(wěn)定的臭氧常溫分解銅氧化物催化劑及其制備方法。

背景技術：

1、平流層中的臭氧具有保護地球上的生命免受強紫外線輻射的作用，但是近地面臭氧濃度超標則會造成臭氧污染。臭氧污染具有明顯的季節(jié)性，主要集中在春末、夏季和初秋，臭氧污染會對生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境造成危害，影響人類健康，如破壞皮膚屏障功能、誘發(fā)呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等疾病。在日常生產(chǎn)生活中，臭氧由于具有強氧化特性被廣泛用于水質(zhì)處理、化學氧化、食品加工保鮮和醫(yī)療等技術領域，是達到殺菌消毒、去除污染物、脫色、保鮮等目的的有效手段。因此，臭氧控制技術應用發(fā)展愈發(fā)重要。

2、目前臭氧控制技術主要有熱分解法、催化分解法、活性炭吸附法、藥液吸收法等。其中催化分解法具有能耗低、安全性好、反應迅速、處理效率高、二次污染少等特點，是最具優(yōu)勢的臭氧控制技術。催化分解法的核心在于催化劑，高效催化劑是實現(xiàn)高效臭氧控制的關鍵。貴金屬催化劑具有較高的活性，但是其價格較高，不利于廣泛使用。因此，需要對催化劑進行創(chuàng)新優(yōu)化研發(fā)，以期推動臭氧控制技術的進一步發(fā)展。

3、銅氧化物作為一種廉價易得的催化材料，因具有獨特的物理化學性質(zhì)在能源、環(huán)境以及化學合成等領域有著廣闊的應用前景。但在催化臭氧分解方面，目前研發(fā)的催化劑多為錳氧化物，基于dhandapani和oyama報道的不同金屬氧化物催化分解臭氧的測試結果(b.dhandapani,s.t.oyama,gas?phase?ozone?decomposition?catalysts,appliedcatalysis?b:environmental,volume?11,issue?2,1997,pages?129-166)：mno2(42％)>co3o4(39％)>nio(35％)>fe2o3(24％)>ag2o(21％)>cr2o3(18％)>ceo2(11％)>mgo(8％)>v2o5(8％)>cuo(5％)，研究人員更青睞對錳氧化物進行研究開發(fā)，氧化銅長期以來并不被認為是理想的催化臭氧分解材料，其多作為摻雜成分用以提高錳氧化物的活性與穩(wěn)定性，如公開號為cn112473728a的中國專利文獻的高效耐濕臭氧分解催化劑以分子篩為載體，以錳氧化物和銅氧化物為主要活性組分，同時摻雜少量稀土金屬氧化物；公開號為cn109012690a的中國專利文獻的中溫疏水臭氧分解催化劑的活性組分主要由錳和銅的氧化物構成；公開號為cn106824218a的中國專利文獻的高效耐濕臭氧分解催化劑以錳、銅、鎳和鈷的氧化物作為活性組分；公開號為cn102600861a的中國專利文獻中用于催化分解臭氧的錳基復合氧化物催化劑包括錳氧化物和至少一種過渡金屬氧化物(可選自cuox)。

4、進一步的，公開號為cn107983348a的中國專利文獻公開了一種高效臭氧分解催化劑，該催化劑主活性成分為氧化亞銅，通過使用抗壞血酸、甲醛等還原劑在堿性環(huán)境中還原銅鹽水溶液后得到。該氧化亞銅臭氧分解催化劑可以在室溫乃至零度條件下將幾百ppm的臭氧徹底分解。但是甲醛毒性大，堿性環(huán)境需要高濃度堿環(huán)境，條件較為苛刻。

5、綜上所述，為了豐富臭氧常溫分解用的催化劑種類，推動臭氧控制技術的發(fā)展，以及改善大氣環(huán)境質(zhì)量、保障人類健康，需要對銅氧化物催化劑進行探索創(chuàng)新。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術中存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種高效穩(wěn)定的臭氧常溫分解銅氧化物催化劑的制備方法，原料易于獲得、制備條件溫和、易于大規(guī)模制備，制得的銅氧化物催化劑環(huán)境適應性好，能快速實現(xiàn)高濕度、高空速臭氧的分解，活性高且穩(wěn)定。

2、具體采用的技術方案如下：

3、本發(fā)明提供了一種高效穩(wěn)定的臭氧常溫分解銅氧化物催化劑的制備方法，包括以下步驟：

4、(1)將銅鹽加入醇類溶劑中，攪拌直至完全溶解獲得前體溶液；

5、(2)將步驟(1)得到的前體溶液逐滴滴入攪拌著的強堿溶液中，全部滴入后獲得黑色漿液；

6、(3)直接將步驟(2)得到的黑色漿液進行老化處理，或者將步驟(2)得到的黑色漿液繼續(xù)攪拌后再進行老化處理，隨后抽濾、洗滌數(shù)次干燥得到所述的高效穩(wěn)定的臭氧常溫分解銅氧化物催化劑。

7、本發(fā)明利用醇類溶劑溶解銅鹽，其目的在于誘導穩(wěn)定高效的活性結構形成，起到的作用為：①醇和銅離子可以形成絡合物，銅被有規(guī)律地絡合分布在骨架中，分散度高；②醇的表面張力低，當前體溶液加入到強堿溶液中，可明顯降低強堿溶液的表面張力，在這一變化下前體物質(zhì)和強堿的反應產(chǎn)物成核迅速，且在醇的包裹作用下，可防止老化過程生成的銅氧化物團聚，從而暴露更多的活性位點；③在老化過程中，醇會被氧化，引起銅氧化物羥基化，從而在銅氧化物表面形成更多的活性位點。正是由于這些特定的作用，最終才能調(diào)控得到穩(wěn)定高效穩(wěn)定的臭氧常溫分解銅氧化物催化劑。

8、優(yōu)選的，所述的銅鹽選自硫酸銅、硝酸銅、氯化銅或乙酸銅等無機或有機銅鹽；所述的醇類溶劑為乙醇、乙二醇或丙醇。

9、進一步優(yōu)選的，前體溶液中，以銅元素的摩爾數(shù)計，銅鹽和醇類溶劑的配比為1mmol:1～10ml。

10、可選的，所述的強堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰，強堿溶液的濃度為1～10mmol/ml。

11、優(yōu)選的，銅鹽和強堿的摩爾比為1:1～20。

12、進一步優(yōu)選的，步驟(2)中，滴加速度為0.1～1ml/min，攪拌溫度為室溫，轉速為100～1000rpm。滴加速度過快，會造成局部濃度過大，影響形成的活性組分的均勻分散性，且快速析出會導致粒子長大、團聚，比表面積降低，影響活性；滴加速度過慢，會導致反應物濃度過低，影響活性結構的形成，且滴加時間過長，增加操作復雜性。

13、步驟(3)中，繼續(xù)攪拌5～30min；老化處理的參數(shù)為25～100℃，1～12h，抽濾、洗滌至濾液呈中性，干燥后得到所述的高效穩(wěn)定的臭氧常溫分解銅氧化物催化劑。

14、進一步的，干燥溫度為25～120℃，干燥時間為1～72h。

15、本發(fā)明還提供了所述的高效穩(wěn)定的臭氧常溫分解銅氧化物催化劑的制備方法制得的高效穩(wěn)定的臭氧常溫分解銅氧化物催化劑。

16、本發(fā)明還提供了一種臭氧常溫分解催化劑，包括催化劑載體及其負載的所述的高效穩(wěn)定的臭氧常溫分解銅氧化物催化劑。

17、進一步的，所述的催化劑載體為活性炭、分子篩、氧化鋁或堇青石等，將所述的高效穩(wěn)定的臭氧常溫分解銅氧化物催化劑研磨后制成漿液涂覆到載體上。

18、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：

19、(1)本發(fā)明方法工藝簡單，所用原料種類少且價廉易得，制備條件溫和不苛刻，適于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。

20、(2)本發(fā)明方法可在室溫下獲得高效穩(wěn)定的臭氧常溫分解催化劑，是非常符合節(jié)能減排的制備方法。

21、(3)本發(fā)明通過醇類溶劑的作用，并結合特定的制備方法，得到的銅氧化物催化劑具有高效穩(wěn)定催化臭氧分解的活性結構，在高濕度、高通量的極端環(huán)境下仍表現(xiàn)出了優(yōu)異的催化性能，該銅氧化物催化劑豐富了銅氧化物的應用領域，為臭氧常溫分解催化劑生產(chǎn)工業(yè)提供新選擇。