一種活性炭基納米TiO2復合MnO2催化材料的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種活性炭基空氣催化凈化材料技術設備領域，特別涉及一種活性炭基納米Ti02復合MnO 2催化材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]本發明涉及一種以納米二氧化鈦為基礎催化材料，二氧化錳以化學沉積的方法附著在納米1102顆粒表面組成的復合催化材料及其制備方法，特別適用于室內及工業廢氣治理的催化材料制備。
[0003]研究表明，室內環境中大部分有機污染物的污染水平是室外的數倍，有時甚至高達百倍數量級；而現代人通常平均在室內度過的時間占到80% — 90%，也正由于人類在室內較高的污染濃度暴露水平，所以室內空氣質量與人體更為密切相關，也更為空氣凈化企業所關注；作為空氣污染物大多數均具有化學毒性，對人體健康構成潛在的危害，因此研發高效、長效的空氣凈化材料，去除空氣中揮發性有機物是非常重要的課題。
[0004]現有技術中，對空氣中污染物的凈化技術主要有換氣法、過濾法、吸附法、光催化降解方法；前三種方法存在局期性，沒有對有機污染物降解和脫毒功能，而光催化降解技術是利用Ti02的光催化特性，對空氣中的有機污染物進行降解脫毒；由于納米1102顆粒化學穩定性高、成本低，作為光催化材料，同時具有氧化性強、降解效率高、無毒且無二次污染等優點，在環境污染治理和新能源應用領域的前景非常廣闊。然而，納米Ti02光催化劑在反應過程中光子利用率低、電子空穴對易復合；納米顆粒粒徑小、易團聚；比表面積小，對污染物分子吸附性能差；在動態流體中難回收、易損失，造成粉塵污染等問題。
【發明內容】
[0005]為解決上述技術問題，本發明提供了一種活性炭基納米Ti02復合Μη02催化材料及其制備方法，針對現有技術中的不足，從廢氣治理的實際應用角度考慮，采用蜂窩活性炭塊或者碳纖維網作為基材，將納米Ti02顆粒與MnO 2進行負載制備出復合催化材料，提高其催化性能，與純納米Ti02顆粒相比，以超細二氧化鈦為基礎催化材料，二氧化錳以化學沉積的方法附著在納米Ti02顆粒表面組成的復合催化材料催化活性高、制備工藝流程短、易于控制，復合催化材料具有氧化性強、降解效率高、無毒且無二次污染等優點，在環境污染治理和新能源應用領域前景廣闊；解決了普通納米Ti02光催化劑在反應過程中光子利用率低、電子空穴對易復合、納米顆粒粒徑小、易團聚、比表面積小的問題，對有機污染物分子吸附性能好。
[0006]為達到上述目的，本發明的技術方案如下:一種活性炭基納米Ti02復合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，其特征在于:
[0007]所述蜂窩矩形塊、蜂窩圓形塊、蜂窩六棱塊，由活性炭粉末經過壓機，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置；所述蜂窩孔的內側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設置；所述蜂窩矩形塊、蜂窩圓形塊、蜂窩六棱塊和蜂窩纖維網上的蜂窩孔內部涂敷有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]所述蜂窩纖維網為單層或者多層復合網。
[0009]所述蜂窩矩形塊邊長、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置一條，所述半圓條紋至少設置一條。
[0013]—種活性炭基納米Ti02復合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中的任意一種；選取基材，將基材裝填到容器內，所述容器內添加工業乙醇，使得工業乙醇完全浸泡所述基材；通過循環栗對容器內的乙醇進行強制循環，所述基材的蜂窩孔橫向放置，流動浸泡時間為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，各組份的體積分數為:鈦源1 % — 5%，無水乙醇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水乙醇混合溶劑中，然后加入硝酸，制成混合液，對混合液進行加熱水解，熱解溫度為80—120度；靜止或者攪拌加熱時間為8小時一 16小時；其后通過去離子水洗至中性，再經過無水乙醇清洗，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中經過工業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，浸泡時間為20分鐘，取出后晾干，備用；
[0019]5、化學沉積，將步驟4中制得的基材裝填到密封容器內，在450°C — 550°C溫度下，通入氮氣還原，對二氧化鈦晶相比例進行調節控制，同時在蜂窩孔內涂敷生成二氧化錳；沉積時間為2小時；所述基材上沉積的1102質量比為85% — 95%，所述二氧化錳質量比為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，以去除副產物錳酸鉀，再次對基材進行干燥，即得到所需的活性炭基納米Ti02復合MnO 2催化材料塊體或者纖維網。
[0021]本發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作為復合催化劑負載在蜂窩活性炭上制備催化塊體或者纖維網用于空氣凈化治理；本發明制備工藝流程短，易于控制，所得復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空氣中的揮發性有機污染物(TV0C)，在70?120°C溫度范圍內，可以用于高濃度工業有機廢氣的治理。
[0022]通過上述技術方案，本發明技術方案的有益效果是:從廢氣治理的實際應用角度考慮，采用蜂窩活性炭塊或者活性炭纖維網作為基材，發揮活性炭優質的吸附能力，活性炭具有高的比表面積，對低濃度以至痕量有機物污染物去除能力強；將納米Ti02顆粒與Mn02進行負載制備出復合催化材料，提高其催化性能，與純納米Ti02顆粒相比，以超細二氧化鈦為基礎催化材料，二氧化錳以化學沉積的方法附著在納米Ti02顆粒表面組成的復合催化材料催化活性高、制備工藝流程短、易于控制，復合催化材料具有氧化性強、降解效率高、無毒且無二次污染等優點，在環境污染治理和新能源應用領域前景廣闊；解決了普通納米Ti02光催化劑在反應過程中光子利用率低、電子空穴對易復合、納米顆粒粒徑小、易團聚、比表面積小的問題，對有機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明實施例的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本發明實施例所公開的一種活性炭基納米Ti02復合MnO2催化材料矩形塊截面示意圖；
[0025]圖2為本發明實施例所公開的一種活性炭基納米Ti02復合MnO2催化材料圓形塊截面示意圖；
[0026]圖3為本發明實施例所公開的一種活性炭基納米Ti02復合MnO2催化材料六棱塊截面示意圖；
[0027]圖4為本發明實施例所公開的一種活性炭基納米Ti02復合MnO2催化材料蜂窩孔截面示意圖；
[0028]圖5為本發明實施例所公開的一種活性炭基納米Ti02復合MnO2催化材料蜂窩材料及其制備方法實施例1示意圖；
[0029]圖6為本發明實施例所公開的一種活性炭基納米Ti02復合MnO2催化材料蜂窩材料及其制備方法實施例2示意圖。
[0030]圖中數字和字母所表示的相應部件名稱:
[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
【具體實施方式】
[0033]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，