一種分解過氧化氫的催化劑及其制備方法、使用方法與流程

本發明涉及一種分解過氧化氫的催化劑及其制備方法、使用方法。

背景技術：

過氧化氫在上世紀70年代開始應用于食品設備的包裝材料滅菌上，80年代為美國環保署正式核準，作為可以替代甲醛或其他消毒劑，符合環保要求的一種消毒、滅菌劑。雖然過氧化氫是無害的，但是其以氣體分子出現時，對人體及環境是有害的。

過氧化氫具有過氧鍵，-o-o-中o不是最低氧化態，故不穩定，容易斷開。常溫下波長為320～380nm的光照射，或是加熱，使用催化劑都可以加速過氧化氫的分解。光照速度太慢，加熱浪費能源，而分解速率不穩定，所以尋找一種合適的催化劑便更加重要。過氧化氫的催化原理主要有以下幾種：

1、過氧化氫酶：是催化過氧化氫分解成氧和水的一種酶，廣泛存在于動物、植物和微生物體內的末端氧化酶，酶分子結構中含有鐵卟啉環，1個分子酶蛋白中含有4個鐵原子。它的主要作用就是催化h2o2分解為h2o與o2，使得h2o2不至于與o2在鐵螯合物作用下反應生成非常有害的-oh過氧化氫酶的作用是使過氧化氫還原成水:2h2o2→o2+2h2o。但過氧化氫酶因提煉成本因素，不能廣泛應用在工業領域。

2、過渡元素氧化物對過氧化氫的分解有催化作用。如氧化鉻cr2o3、氧化錳mno2、氧化鐵fe2o3、氧化鈷coo、氧化鎳nio、氧化銅cuo、氧化亞銅cu2o、氧化鋅zno。但此類物質會導致催化速率太快，容易形成高溫高壓的安全隱患，十分危險，難以控制，因此在大規模工業生產中應用較少。

3、采用的是活性炭等吸附的方式，再讓過氧化氫自然分解，其分解效果不理想，同時在使用后無法還原，需要定期的更換。

因此，開發一種效果理想、性能安全能實現工業化應用的過氧化氫催化劑，迫在眉睫。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術中的過渡元素氧化物作為催化劑具有催化速率太快，難以控制的缺陷，而提供了一種分解過氧化氫的催化劑及其制備方法、使用方法。

本發明提供了一種分解過氧化氫的催化劑，其原料包括活性組分和催化劑載體，所述活性組分包括al2o3、sio2、ceo2、zro2、mgo、la2o3、tio2、f2、nd2o3和fe2o3，所述催化劑載體包括cao、pdo、hfo2、p2o5、k2o、hcl、rh、zno和as2o3，所述活性組分和所述催化劑載體中各組分的用量如下表1所示：

表1催化劑的原料組分

較佳地，所述活性組分和所述催化劑載體中各組分的用量如下表2所示：

表2催化劑的原料組分

其中，催化劑載體發揮的作用是致孔劑和成膏劑。

其中，f2以氣態形式作為原料，hcl以液態鹽酸的形式作為原料，rh以固態單質存在。

本發明還提供了上述催化劑的制備方法，其包括如下步驟：將各原料稱重后，混合均勻，置于模具中，再在900-1100℃下高溫燒結成多孔陶瓷固化物，即可。

本發明中，按照本領域常規，所述的混合均勻在濕法攪拌混料機中進行。

本發明中，所述模具為本領域常規設備，較佳地為不銹鋼模具，能在高溫環境下不產生形變。

本發明中，按照本領域常規，所述的高溫燒結在電熱烤箱中進行；所述高溫燒結的溫度較佳地為1000℃。

本發明還提供了一種上述催化劑的使用方法，將過氧化氫氣體輸入隔離器中，進行滅菌處理，滅菌后的過氧化氫氣體通過所述催化劑，進行剩余過氧化氫氣體的分解，至所述隔離器中過氧化氫氣體的濃度降至1ppm以下，即可。

本發明中，所述的過氧化氫氣體一般來自于過氧化氫氣體發生器。

本發明中，所述的隔離器為本領域常規設備，一般為過氧化氫滅菌器。

本發明中，較佳地，還將高溫燒結后得到的多孔陶瓷固化物(即催化劑)組裝入不銹鋼外殼中，得到催化器。以催化器的形式進行催化，便于過氧化氫氣體的流動，并使過氧化氫氣體與催化器有更大的接觸面。并將催化器安裝在所述隔離器內，或者安裝在所述隔離器的排風管道上，進行剩余過氧化氫氣體的分解，其中后者效果更佳。

根據上述使用方法，本發明所述的催化劑可以應用于制藥企業、醫院、學院生物試驗室環境消毒滅菌。一般配合在過氧化氫滅菌器上使用，目的是將滅菌后空間中的氣態過氧化氫分解為對人和環境無危害的水和氧氣，使滅菌空間內的過氧化氫濃度降至1ppm以下，避免對人和環境無任何危害和潛在威脅的程度。

在符合本領域常識的基礎上，上述各優選條件，可任意組合，即得本發明各較佳實例。

本發明所用試劑和原料均市售可得。

本發明的積極進步效果在于：本發明提供的催化劑催化速度快，催化效果穩定，能最大限度地催化分解過氧化氫，兼顧效率和安全的問題，而且耐高溫，方便取用；反應后自動還原，節省費用。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的催化劑的制備工藝流程圖。

圖2為本發明實施例1的催化劑的使用工藝流程圖。

圖3為效果實施例1中本申請與對比實施例1的對比效果圖。

具體實施方式

下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，按照常規方法和條件，或按照商品說明書選擇。

實施例1

本實施例提供了一種分解過氧化氫的催化劑，其原料包括活性組分和催化劑載體，所述活性組分包括al2o3、sio2、ceo2、zro2、mgo、la2o3、tio2、f2、nd2o3和fe2o3，所述催化劑載體包括cao、pdo、hfo2、p2o5、k2o、hcl、rh、zno和as2o3，所述活性組分和所述催化劑載體中各組分的用量如表2所示。

催化劑的制備方法，包括如下步驟：將各原料稱重后，在濕法攪拌混料機中混合均勻，置于模具中，再在電熱烤箱中以1000℃下高溫燒結成多孔陶瓷固化物，對燒結后的多孔陶瓷固化物的結構尺寸進行測定，目數為10目。圖1為本實施例中催化劑的制備工藝流程圖。

圖2為本實施例中催化劑的使用工藝流程圖，具體來說，是將高溫燒結后得到的多孔陶瓷固化物(即催化劑)組裝入不銹鋼外殼中，得到催化器。然后將催化器安裝在所述隔離器的排風管道上。可以實現將滅菌空間中過氧化氫氣體的濃度由400ppm降低至1ppm以下。

對比實施例1

現有技術中，市場上使用過氧化氫作為滅菌劑的應用比較多的是氣化過氧化氫傳遞窗或者帶氣化過氧化氫滅菌功能的隔離器。傳遞窗或隔離器在使用氣化過氧化氫滅菌后，需要將過氧化氫的濃度降到安全的水平1ppm以下。如果讓過氧化氫自然降解，降解的過程需要至少8個小時以上，才能符合實際生產的要求。因此通常的做法是引入新風，替換過氧化氫氣體或微液滴，可以比較快的將環境中的過氧化氫濃度在20分鐘到三個小時內降為1ppm以下。

但是其缺點是在排氣的過程中，如果過氧化氫氣體排到室內環境，由于濃度太高(比如100ppm)會對人員健康甚或生命造成危害，如果排入空調系統的管道，高濃度的過氧化氫(比如500ppm)會腐蝕鍍鋅鋼板制作的風管，造成設備的損壞及空調系統漏氣。

效果實施例1

利用本申請實施例1制備的催化劑，并在排風管道上加裝含催化劑的催化器，促進過氧化氫的分解，能夠將其快速地分解為水及氧氣，符合保護人員及環境的宗旨。過氧化氫滅菌器在使用實施例1的催化劑的和采用對比實施例1所述的自然降解法的對比結果如圖3所示，橫坐標表示分解時間，單位是min，縱坐標表示過氧化氫氣體的濃度，單位是ppm，其中過氧化氫濃度采用德爾格vhp氣體檢測儀7000測得。

本發明制得的催化劑可廣泛應用在需要使用雙氧水氣體(過氧化氫)進行消毒滅菌的應用場合和設備上面。如醫院、封閉空間、藥廠車間需要對環境進行消毒滅菌，可利用該催化劑及其制備成品安裝在排風系統進行消毒滅菌后空間殘余過氧化氫氣體進行催化分解。

也可和消毒滅菌設備如過氧化氫傳遞窗，過氧化氫滅菌柜等使用雙氧水進行滅菌的設備進行結合，形成設備的一部分，在滅菌排殘階段進行工作，將過氧化氫氣體進行催化分解。