一种三维多孔氨气净化用催化材料及其制备方法与流程

1.本发明属于催化材料技术领域，具体涉及一种三维多孔氨气净化用催化材料及其制备方法。


背景技术：

2.氨气具有极高的亲水性，空气中的氨气与大气中so2、nox以及液相硫酸和硝酸反应生成nh4no3、nh4hso4、(nh4)2so4等二次颗粒物，nh
4
与pm2.5的浓度呈现很强的相关性，导致在低温高湿的冬季时期雾霾会更加严重。氨气还可被氧化成氮氧化物(no
x
)，近年来氮氧化物污染已经成为空气污染中的首要污染物，氮氧化物可在大气中发生连锁反应，对环境造成伤害。
3.目前国内采用的恶臭气体脱除方法主要为传统的物理、化学、生物法等，其都存在造价高、周期长、运行费用高等缺点，更无法达到日益严格的废气排放标准，探索一种新的处理方法尤其重要，而二氧化钛光催化技术因其稳定性好、价格低廉、催化活性高、无二次污染物等优点倍受人们关注。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三维多孔氨气净化用催化材料及其制备方法。
5.一种氨气净化用催化材料是三维多孔二氧化钛微球。
6.本发明催化材料的制备方法包括如下步骤：
7.a、均匀碳球的制备，通过控制葡萄糖溶液的浓度、反应时间和温度，合成不同尺寸的碳球；
8.b、二氧化钛与碳球的复合，将步骤a制得的碳球分散到乙醇中，超声，然后将三氯化钛(ticl3)水溶液和盐酸溶液依次滴加到上述溶液中，搅拌均匀，反应，冷却，离心，干燥制得二氧化钛(tio2)与碳球的复合材料；
9.c、三维多孔二氧化钛微球的制备，将步骤b制得的二氧化钛与碳球的复合材料放置在马沸炉中煅烧，碳球被完全去除，得到三维多孔二氧化钛微球。
10.优选的所述步骤a中葡萄糖溶液浓度为0.5mol/l-1mol/l，反应时间8-12h，反应温度120-200℃。
11.优选的所述步骤b中将三氯化钛水溶液浓度为10-20％，盐酸溶液浓度为4-8mol/l，反应时间4-8h。
12.优选的所述步骤c中马沸炉的温度为500-1000℃，煅烧时间1-3h。
13.本发明优选的步骤a为取0.5mol/l-1mol/l的葡萄糖溶液60-100ml，转移到水热釜中，在120-200℃条件下反应8-12小时。自然冷却到室温、离心3次，最后一次用乙醇清，干燥。
14.本发明优选的步骤b为取0.05-0.2g步骤a制得的碳球分散到50-200ml乙醇中，超
声30-120min，然后将15％三氯化钛水溶液0.5ml-1.5ml和6mol/l盐酸溶液0.5-2ml依次滴加到上述溶液中，搅拌均匀后，倒入烧瓶中，于60-90℃条件下，反应4-8小时，冷却、离心，用乙醇清洗、干燥制得二氧化钛与碳球的复合材料。
15.本发明优选的步骤c为将步骤b制得的二氧化钛与碳球的复合材料放置在马沸炉中500-1000℃中煅烧1-3h，碳球被完全去除，得到三维多孔二氧化钛微球。
16.本发明的创新主要体现在：(1)以碳球为牺牲模板，通过ticl3在其表面的水解反应制备了碳球—tio2核壳结构的前驱体，并通过煅烧得到中空tio2微球。
17.(2)高温煅烧的情况下，可以得到高度结晶的锐钛矿相tio2微球，催化活性高。
18.(3)三维多孔中空二氧化钛微球具有比表面积大、催化活性点多、分散性好、光吸收率高、无污染等优点。
具体实施方式
19.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
20.本发明所用原料均可从市场购买，并按常规试验方法配置需要的浓度，所用乙醇溶液浓度30％以上。
21.实施案例1
22.取0.5mol/l的葡萄糖溶液60ml，转移到水热釜中，在180℃条件下反应8小时。自然冷却到室温、离心3次(最后一次用乙醇清洗)，干燥。
23.将0.1g碳球分散到60ml乙醇中，超声30分钟，然后将ticl3水溶液(15％，1ml)和盐酸溶液(6mol/l，1ml)依次滴加到上述溶液中，搅拌均匀后，倒入烧瓶中，于75℃条件下，反应6小时，冷却、离心(用乙醇清洗)、干燥制得二氧化钛与碳球的复合材料。
24.将tio2与碳球的复合材料放置在马沸炉中550℃中煅烧2h，碳球模板被完全去除，得到中空tio2微球，即三维多孔二氧化钛微球。
25.最终制得的中空tio2微球催化材料，比表面积为629g/m2，采用氨气净化用催化材料分解氨气20min后的净化效率为99.5％，检测方法参考《环境空气和废气氨的测定纳氏试剂分光光度法》(hj 533-2009)，下面实施例检测方法与本实施例相同。
26.实施案例2
27.取1mol/l的葡萄糖溶液60ml，转移到水热釜中，在200℃条件下反应10小时。自然冷却到室温、离心3次(最后一次用乙醇清洗)，干燥。
28.将0.1g碳球分散到60ml乙醇中，超声30分钟，然后将ticl3水溶液(15％，1ml)和盐酸溶液(6mol/l，1ml)依次滴加到上述溶液中，搅拌均匀后，倒入烧瓶中，于75℃条件下，反应6小时，冷却、离心(用乙醇清洗)、干燥制得二氧化钛与碳球的复合材料。
29.将tio2与碳球的复合材料放置在马沸炉中550℃中煅烧2h，碳球模板被完全去除，得到中空tio2微球，即三维多孔二氧化钛微球。
30.最终制得的中空tio2微球催化材料，比表面积为513g/m2，采用氨气净化用催化材料分解氨气20min后的净化效率为99.1％。
31.实施案例3
32.取0.8mol/l的葡萄糖溶液100ml，转移到水热釜中，在180℃条件下反应10小时。自
然冷却到室温、离心3次(最后一次用乙醇清洗)，干燥。
33.将0.15g碳球分散到100ml乙醇中，超声30分钟，然后将ticl3水溶液(15％，0.5ml)和盐酸溶液(6mol/l，1ml)依次滴加到上述溶液中，搅拌均匀后，倒入烧瓶中，于75℃条件下，反应6小时，冷却、离心(用乙醇清洗)、干燥制得二氧化钛与碳球的复合材料。
34.将tio2与碳球的复合材料放置在马沸炉中600℃中煅烧3h，碳球模板被完全去除，得到中空tio2微球，即三维多孔二氧化钛微球。
35.最终制得的中空tio2微球催化材料，比表面积为601g/m2，采用氨气净化用催化材料分解氨气20min后的净化效率为98.5％。
36.实施案例4
37.取0.75mol/l的葡萄糖溶液80ml，转移到水热釜中，在160℃条件下反应12小时。自然冷却到室温、离心3次(最后一次用乙醇清洗)，干燥得到碳球。
38.将0.05g碳球分散到50ml乙醇中，超声30分钟，然后将ticl3水溶液(15％，0.5ml)和盐酸溶液(6mol/l，0.5ml)依次滴加到上述溶液中，搅拌均匀后，倒入烧瓶中，于60℃条件下，反应8小时，冷却、离心3次，最后一次用乙醇清洗、干燥制得二氧化钛与碳球的复合材料。
39.将tio2与碳球的复合材料放置在马沸炉中500℃中煅烧3h，碳球模板被完全去除，得到中空tio2微球，即三维多孔二氧化钛微球。
40.最终制得的中空tio2微球催化材料，比表面积为595g/m2，采用氨气净化用催化材料分解氨气20min后的净化效率为98.9％。
41.实施案例5
42.取0.9mol/l的葡萄糖溶液80ml，转移到水热釜中，在120℃条件下反应10小时。自然冷却到室温、离心3次(最后一次用乙醇清洗)，干燥得到碳球。
43.将0.2g碳球分散到200ml乙醇中，超声120分钟，然后将ticl3水溶液(15％，1.5ml)和盐酸溶液(6mol/l，2ml)依次滴加到上述溶液中，搅拌均匀后，倒入烧瓶中，于90℃条件下，反应4小时，冷却、离心3次，最后一次用乙醇清洗、干燥制得二氧化钛与碳球的复合材料。
44.将tio2与碳球的复合材料放置在马沸炉中1000℃中煅烧1h，碳球模板被完全去除，得到中空tio2微球，即三维多孔二氧化钛微球。
45.最终制得的中空tio2微球催化材料，比表面积为598g/m2，采用氨气净化用催化材料分解氨气20min后的净化效率为98.5％。
46.以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。