用于室溫下脫除NOx的負載二氧化錳的活性炭纖維及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種負載二氧化錳的活性炭纖維及其制備方法，目的是提供一種以活性炭纖維為載體，負載二氧化錳作催化劑，使二氧化錳與活性炭纖維協(xié)同作用，具有在室溫下即可對低濃度的NO進行催化氧化的能力，進而對NOx進一步脫除，其制備方法為將活性炭纖維浸漬在一定濃度的二價錳水溶液中，然后滴加一定濃度的高錳酸鉀水溶液，高錳酸鉀和二價錳發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成的二氧化錳沉積在活性炭纖維的表面和微孔中，即制得負載二氧化錳的活性炭纖維，通過本發(fā)明制備的負載二氧化錳的活性炭纖維在室溫下對NOx具有較強的脫除能力。
【專利說明】用于室溫下脫除NOx的負載二氧化錳的活性炭纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種新材料及該材料的制備方法，涉及用于室溫下脫除NOx的負載二氧化錳的活性炭纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以一氧化氮和二氧化氮為主的氮氧化物(NOx)是空氣污染的主要成分之一，是形成酸雨、光化學(xué)煙霧和灰霾等嚴重環(huán)境污染問題重要原因之一，嚴重威脅人類和動植物的健康。因此，氮氧化物的治理十分迫切。目前，脫除NOx的方法可分為非催化法和催化法兩大類。前者包括吸收法、吸附法等，存在設(shè)備龐大、成本高、二次污染等問題。后者催化法主要有催化還原和催化氧化法，對于催化法中的催化劑，存在活性差的問題，一些貴金屬雖然活性較高，但貴金屬價格昂貴，資源稀少，且只能在遠高于室溫的溫度下有效。
[0003]目前，能夠用于室溫下催化氧化NO的催化劑材料主要是碳材料，包括活性炭、活性炭纖維、多孔炭納米纖維等。中國專利ZL201110396801.0報道了靜電紡絲法制備的多孔炭納米纖維在室溫下對低濃度的NO有好的脫除效果。但由于炭納米纖維制備成本高，難以大規(guī)模應(yīng)用。而活性炭由于是顆粒狀，對于空氣中NOx的治理存在安裝設(shè)計困難，效率低等問題。綜合比較起來，在這幾種炭材料中，最有希望大規(guī)模應(yīng)用的是活性炭纖維，這得益于它具有較大的比表面積、纖維狀態(tài)以及適中的制備成本。
[0004]我們將浙青基活性炭纖維用于室溫低濃度NO的脫除，發(fā)現(xiàn)能夠?qū)O催化氧化(化工學(xué)報，2011，62(2):369 — 373)，但催化氧化率偏低。為進一步提高其催化氧化活性，增強對NOx的脫除能力，需在活性炭纖維上負載催化劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了進一步提高活性炭纖維室溫下對低濃度NO的催化氧化效率，本發(fā)明采用共沉淀法負載二氧化錳到活性炭纖維上，利用二氧化錳來源豐富、價格低廉、安全無毒、具有較高的催化活性等優(yōu)點，制備負載二氧化錳的活性炭纖維，對空氣中低濃度NO進行吸附與催化氧化，并進而脫除。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]以負載有二氧化錳的活性炭纖維作為低濃度NO的催化劑，利用活性炭纖維與二氧化錳的協(xié)同催化作用，將室溫下低濃度的NO進行催化氧化為NO2,再進一步脫除。
[0008]本發(fā)明還提供了所述用于脫除空氣中NOx的負載二氧化錳的活性炭纖維的制備方法，利用共沉淀技術(shù)，將二氧化錳負載到活性炭纖維上。
[0009]一種用于室溫下脫除空氣中低濃度NOx的負載二氧化錳的活性炭纖維，以活性炭纖維為載體，負載質(zhì)量分數(shù)0.001-5%的二氧化錳。
[0010]所述活性炭纖維為聚丙烯腈基、黏膠基、浙青基或酚醛基，比表面積為500-2000m2/g。[0011]所述二氧化錳的質(zhì)量分數(shù)為0.6%、1.8%、2.6%、3.6%或4.3%。
[0012]一種所述負載二氧化錳的活性炭纖維的制備方法，以活性炭纖維為載體，利用共沉淀法，包括以下步驟:
[0013]步驟一，配制濃度為0.005-0.05mol/L的高錳酸鉀水溶液和濃度為
0.005-0.05mol/L的二價錳鹽水溶液；
[0014]步驟二，將活性炭纖維浸潰在二價錳鹽水溶液中，浸潰一定時間后在攪拌下狀態(tài)下滴加相同濃度相同量的高錳酸鉀溶液，在滴加完后繼續(xù)攪拌使生成物充分負載；
[0015]步驟三，將步驟二中的活性炭纖維濾干，置于90_120°C下使其干燥；
[0016]步驟四，將步驟三中得到的活性炭纖維置于氮氣氣氛爐中，從室溫升至200-300°C，然后保溫一段時間后隨爐冷卻至室溫。
[0017]所述步驟一中的共沉淀法所用二價錳鹽為硝酸錳、硫酸錳或者乙酸錳等水溶性錳鹽。
[0018]所述步驟二中浸潰時間為至少10分鐘
[0019]所述步驟四中保溫時間為至少I小時。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過本發(fā)明制備的負載二氧化錳的活性炭纖維在室溫下對NOx具有較強的脫除能力，可使NO催化氧化率在27%以上，最高可達31%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021 ] 圖1負載二氧化錳的活性炭纖維掃描電鏡(SEM)圖。
[0022]圖2活性炭纖維上二氧化錳負載量與NO催化氧化率之間的關(guān)系。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細闡述。在不脫離本發(fā)明上述思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段所做出的各種替換或變更，均包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0024]實施例一
[0025]用于室溫脫除NOx的負載二氧化錳的活性炭纖維的制備方法，利用共沉淀法負載二氧化錳到活性炭纖維上，包括以下步驟:
[0026]步驟一，配制濃度為0.005mol/L的硝酸錳溶液和0.005mol/L高錳酸鉀溶液；
[0027]步驟二，將比表面積為700m2/g的浙青基活性炭纖維浸潰在步驟一所配備的硝酸猛溶液中，Ih后在攬祥狀態(tài)下滴加步驟一中的聞猛Ife鐘溶液，在滴加完后繼續(xù)攬祥90min ；
[0028]步驟三，將步驟二中的活性炭纖維濾干，置于90°C下干燥4h ；
[0029]步驟四，將步驟三中得到的活性炭纖維置于氮氣氣氛爐中，從室溫升至200°C，然后保溫4h后隨爐冷卻至室溫。
[0030]得到負載0.6% 二氧化錳的活性炭纖維。
[0031]實施例二
[0032]用于室溫脫除NOx的負載二氧化錳的活性炭纖維的制備方法，利用共沉淀法負載二氧化錳到活性炭纖維上，包括以下步驟:
[0033]步驟一，配制濃度為0.01mol/L的硫酸錳溶液和0.01mol/L高錳酸鉀溶液；[0034]步驟二，將比表面積為700m2/g聚丙烯腈基活性炭纖維浸潰在步驟一所配備的硫Ife猛溶液中，1.5h后在攬祥狀態(tài)下滴加步驟一中的聞猛Ife鐘溶液，在滴加完后繼續(xù)攬祥120min ；
[0035]步驟三，將步驟二中的活性炭纖維用取出濾干，置于110°C下干燥4h ；
[0036]步驟四，將步驟三中得到的活性炭纖維置于氮氣氣氛爐中，從室溫升至300°C，然后保溫2h后隨爐冷卻至室溫。
[0037]得到負載1.8% 二氧化錳的活性炭纖維。
[0038]實施例三
[0039]用于室溫脫除NOx的負載二氧化錳的活性炭纖維的制備方法，利用共沉淀法負載二氧化錳到活性炭纖維上，包括以下步驟:
[0040]步驟一，配制濃度為0.02mol/L的乙酸錳溶液和0.02mol/L高錳酸鉀溶液；
[0041]步驟二，將比表面積為IOOOmVg的浙青基活性炭纖維浸潰在步驟一所配備的乙酸錳溶液中，2h后在劇烈攪拌下迅速滴加步驟一中的高錳酸鉀溶液，在滴加完后繼續(xù)攪拌120min ；
[0042]步驟三，將步驟二中的活性炭纖維取出，置于120°C下干燥Ih ；
[0043]步驟四，將步驟三中得到的活性炭纖維置于氮氣氣氛爐中，從室溫升至300°C，然后保溫3h后隨爐冷卻至室溫。
[0044]得到負載2.6% 二氧化錳的活性炭纖維。
[0045]實施例四
[0046]用于室溫脫除NOx的負載二氧化錳的活性炭纖維的制備方法，利用共沉淀法負載二氧化錳到活性炭纖維上，包括以下步驟:
[0047]步驟一，配制濃度為0.03mol/L的硝酸錳溶液和0.03mol/L高錳酸鉀溶液；
[0048]步驟二，將比表面積為2000m2/g的樹脂基活性炭纖維浸潰在步驟一所配備的硝酸錳溶液中，2h后在劇烈攪拌下迅速滴加步驟一中的高錳酸鉀溶液，在滴加完后繼續(xù)攪拌120min ；
[0049]步驟三，將步驟二中的活性炭纖維用取出，置于120°C下干燥Ih ；
[0050]步驟四，將步驟三中得到的活性炭纖維置于氮氣氣氛爐中，從室溫升至300°C，然后保溫2h后隨爐冷卻至室溫。
[0051]得到負載3.6% 二氧化錳的活性炭纖維。
[0052]實施例五
[0053]用于室溫脫除NOx的負載二氧化錳的活性炭纖維的制備方法，利用共沉淀法負載二氧化錳到活性炭纖維上，包括以下步驟:
[0054]步驟一，配制濃度為0.04mol/L的硝酸錳溶液和0.04mol/L高錳酸鉀溶液；
[0055]步驟二，將比表面積為1500m2/g的浙青基活性炭纖維浸潰在步驟一所配備的硝酸錳溶液中，2.5h后在劇烈攪拌下迅速滴加步驟一中的高錳酸鉀溶液，在滴加完后繼續(xù)攪拌120min ；
[0056]步驟三，將步驟二中的活性炭纖維取出，置于110°C下干燥4h ；
[0057]步驟四，將步驟三中得到的活性炭纖維置于氮氣氣氛爐中，從室溫升至300°C，然后保溫2h后隨爐冷卻至室溫。[0058]得到負載4.3% 二氧化錳的活性炭纖維，其形態(tài)如圖1所示。
[0059]利用上述方法獲得負載二氧化錳的活性炭纖維，在室溫下對低濃度NOx具有較強的脫除能力。
[0060]負載二氧化錳的活性炭纖維催化氧化NO測試方法如下:將復(fù)合活性炭纖維在120°C下干燥12小時，以除去其中的水分及其它吸附的物質(zhì)，稱取一定量(0.05?0.20g)的纖維填入固定床中。固定床直徑為Ilmm,填充高度為15?50mm。低濃度NO氣體由NO標準氣、02、N2三種氣體配制而成，其流量由質(zhì)量流量計來控制和調(diào)節(jié)，混合氣總流量為100?200SCCM。經(jīng)流量計后的三路氣體進入混氣罐，在混氣罐混合均勻后進入固定床進行NO催化氧化反應(yīng)，固定床的溫度通過水浴控制，反應(yīng)后的氣體進入氮氧化物分析儀(Therm042i型)進行濃度測試。
[0061]將比表面積為1500m2/g的浙青基活性炭纖維上負載不同量的二氧化錳，測試NO催化氧化率與載量之間的關(guān)系(測試條件為:N0濃度為50ppm，反應(yīng)溫度為30°C，測試樣品用量為0.1OOg,填充高度6mm,氣體流速為200mL/min),所得結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?，當(dāng)負載3-4.5% 二氧化錳時，NO催化氧化率在27%以上，最高可達31%。
【權(quán)利要求】
1.一種用于室溫下脫除空氣中低濃度NOx的負載二氧化錳的活性炭纖維，其特征在于，以活性炭纖維為載體，負載質(zhì)量分數(shù)0.001-5%的二氧化錳。
2.權(quán)利要求1所述負載二氧化錳的活性炭纖維，其特征在于，所述活性炭纖維為聚丙烯腈基、黏膠基、浙青基或酚醛基，比表面積為500-2000m2/g。
3.權(quán)利要求1所述負載二氧化錳的活性炭纖維，其特征在于，所述二氧化錳的質(zhì)量分數(shù)為 0.6%、1.8%、2.6%、3.6% 或 4.3%。
4.一種權(quán)利要求1所述負載二氧化錳的活性炭纖維的制備方法，其特征在于，以活性炭纖維為載體，利用共沉淀法，包括以下步驟: 步驟一，配制濃度為0.005-0.05mol/L的高錳酸鉀水溶液和濃度為0.005-0.05mol/L的二價錳鹽水溶液； 步驟二，將活性炭纖維浸潰在二價錳鹽水溶液中，浸潰一定時間后在攪拌下狀態(tài)下滴加相同濃度相同量的高錳酸鉀溶液，在滴加完后繼續(xù)攪拌使生成物充分負載； 步驟三，將步驟二中的活性炭纖維濾干，置于90-120°C下使其干燥； 步驟四，將步驟三中得到的活性炭纖維置于氮氣氣氛爐中，從室溫升至200-300°C，然后保溫一段時間后隨爐冷卻至室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟一中的共沉淀法所用二價錳鹽為硝酸錳、硫酸錳或者乙酸錳等水溶性錳鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟二中浸潰時間為至少10分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟四中保溫時間為至少I小時。
【文檔編號】B01D53/86GK103566928SQ201310542796
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】黃正宏, 劉鶴年, 王明璽, 康飛宇 申請人:清華大學(xué)