一種用于氣體凈化的催化膜制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于氣體凈化領域，具體涉及一種用于氣體凈化的催化膜制備方法。
【背景技術】
[0002] 化學工業對環境保護的日益重視，對功能材料提出了新的需求。在成分多且形態 復雜的高溫尾氣凈化和大氣環境治理方面，目前的技術相對獨立，除塵、脫硝、脫硫、除VOCs 等多個功能單元分別進行，設施的投資、能耗和占地都很大。針對上述問題，如果能在一個 操作單元里，同時實現除塵、脫硝、脫硫、除VOCs等多個功能，構成多功能反應器，將大大簡 化大氣中污染物脫除流程，其核心是開發出一種多功能催化膜材料，將分離功能與催化功 能一體化，污染氣體從膜層進入支撐層時，膜分離層起精密過濾功能，截留顆粒粉塵，支撐 層具有催化功能，對有毒有害氣體催化降解，到達內側后即成為潔凈氣體。
[0003] 用于大氣污染物凈化的催化膜制備，國外已經開展了一些研宄工作。Ma等采用尿 素法將NiO浸漬沉積到A1 203支撐體上，對VOCs (苯和萘）具有99~100%的轉化率（Powder Technology，2008，180: 21-29)，但該工作未結合固相粒子的分離性能研宄。中國實用 新型專利CN 2603691Y在多孔陶瓷上負載光催化納米涂層，形成了一種凈化裝置，用于水 和空氣的過濾和殺菌；中國發明專利CN 101322903 A采用光催化活性層和分離活性層的 無機膜，以期能光催化脫除SOJP NOx等毒性氣體；但二者均采用單一的光催化活性成分， 在實際應用體系中，存在效率低以及除去雜質單一等問題。中國發明專利CN101745402 A 在高比表面積基底上采用水熱法負載Bi2W06|催化劑，該法制備的催化膜有望用在污水處 理、室內外空氣凈化、抗菌等方面，但該法成本較高且難于工業化放大。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的在于提供一種用于氣體凈化的催化膜的制備方法，催化膜兼具催化 降解、滅菌與分離功能，可以實現氣體凈化一體化。
[0005] 本發明通過以下技術方案實現： 一種用于氣體凈化的催化膜制備方法，包括如下步驟： (1) 以一種或多種金屬醇鹽為原料，按照計量比加入有機溶劑和穩定劑，恒溫水浴中 加熱攪拌，配制所需前驅體溶膠； (2) 將所用陶瓷膜放入乙醇水溶液中，超聲以去除表面的雜質成分，超聲后將陶瓷膜干 燥； (3) 將干燥完全的陶瓷膜放入前軀體溶膠中，采用負壓抽吸的方式，使前軀體溶膠完全 進入到陶瓷膜支撐體的孔道內； (4) 取出完全浸漬溶膠的陶瓷膜放入干燥箱中干燥至凝膠態，然后煅燒，從而制得孔道 由一種或多種金屬氧化物修飾的陶瓷膜； (5) 將孔道修飾后的陶瓷膜浸漬于一種或多種混合貴金屬鹽溶液中，取出后干燥、煅 燒，制得催化膜； (6)重復步驟（3)至（5)，獲得一定負載量的催化膜。
[0006] 所用陶瓷膜為非對稱結構，主要由支撐體和分離膜層組成，材質為A1203、Zr0 2、 Ti02、5102或SiC ;多孔陶瓷支撐體的孔隙率為30-75%，平均孔徑分布為3-100 y m，膜層的 平均孔徑為5 -10 ym。
[0007] 所述步驟（1)中制備溶膠所用的溶劑為乙二醇甲醚、乙二醇或乙醇，穩定劑為乙醇 胺，二乙醇胺或三乙醇胺；所述步驟（1)中恒溫水浴溫度為60°C，攪拌時間不少于30min。
[0008] 所述步驟（2)中超聲溫度為30°C，超聲時間30min ;所述步驟（2)中超聲后陶瓷膜 的干燥溫度為70 °C。
[0009] 所述步驟（4)中的煅燒溫度為500-800°C;所述步驟（4)中用作陶瓷支撐體孔道修 飾的金屬氧化物成分為ZnO和/或Ti0 2，金屬氧化物平均顆粒粒徑為60-150nm，金屬氧化 物負載量為總質量的4-10%。
[0010] 所述步驟（5)中將孔道修飾后的陶瓷膜浸漬于一種或多種混合貴金屬鹽溶液中至 少12h，煅燒溫度為500-800°C ;所述步驟（5)中貴金屬催化活性成分為Pt和/或Pd，貴金 屬催化劑平均顆粒粒徑為2-5nm，貴金屬含量為溶液總質量的0. 05-0. 5%。
[0011] 所述的催化膜進行高溫煙氣處理，用于截留煙灰，降解甲醛、苯、萘、蒽氣體雜質成 分，催化回收CO、S0 2、HC1、N0X氣體，滅除大腸桿菌、金色葡萄糖菌。
[0012] 本發明的有益效果:本發明制備的催化膜孔道內負載了多種高效催化活性成分， 在截留顆粒粉塵污染物的同時，能夠高效的脫除降解多種氣體污染物和細菌微生物，實現 氣體凈化一體化。本發明的催化膜對氣體中的甲醛的降解可達到99%，對大腸桿菌、金色 葡萄糖菌的滅除和煙氣中煙灰的截留率達到99. 9%，對苯、萘、蒽等VOCs雜質的降解可達 90-100%，對C0的催化效率在90%以上，加入酸性氣體吸附劑和通入NH 3可以同時有效的去 除S02、HC1等酸性氣體以及選擇性催化氧化N0X，在超過250°C時，脫銷效率達到90%。
【附圖說明】
[0013] 圖1為未負載的SiC多孔陶瓷膜孔道內掃描電鏡圖； 圖2為實施例2所述制備的Pt/ZnO/SiC催化膜孔道內掃描電鏡圖； 圖3為實施例2所述的制備的Pt/ZnO/SiC催化膜的EDS譜圖信息； 圖4為實施例2所述的制備的Pt/ZnO/SiC催化膜的透射電鏡圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合實施例對本發明做更進一步地解釋，下列實施例僅用于說明本發明，但 并不用來限定本發明的實施范圍。
[0015] 實施例1 稱量0. lmol二水合乙酸鋅，加入與二水合乙酸鋅等摩爾的乙醇胺，再加入乙二醇甲 醚，乙醇胺和乙二醇甲醚的總體積為l〇〇ml，在60°C的恒溫水浴中加熱攪拌60min，配制 lmol/L的前軀體溶膠；將孔隙率為30%的A1 203膜預先放入乙醇水溶液中，在100kW，30°C下 超聲30min，以去除表面的雜質成分，超聲后的多孔陶瓷膜在70°C干燥后，浸入溶膠中，負 壓抽吸lh ;將浸漬后的膜放在70°C干燥箱中干燥lh，然后放入馬弗爐中于500°C煅燒，制得 由納米氧化鋅進行孔道修飾的SiC多孔陶瓷膜，氧化鋅的負載量為4%，平均粒徑為60nm ; 將修飾后的多孔陶瓷膜浸漬于lg/L氯鉑酸溶液中12h，取出干燥完全，于500°C下煅 燒，制得Pt/ZnO/ A1203催化膜，Pt的平均顆粒粒徑為2nm，負載量為0. 05%。
[0016] 實施例2 稱量0. lmol二水合乙酸鋅，加入與二水合乙酸鋅等摩爾的乙醇胺，再加入乙二醇甲 醚，乙醇胺和乙二醇甲醚的總體積為l〇〇ml，在60°C的恒溫水浴中加熱攪拌60min，配制 lmol/L的前軀體溶膠；將孔隙率為75%的SiC預先放入乙醇水溶液中，在100kW，30°C下超 聲30min，以去除表面的雜質成分，超聲后的多孔陶瓷膜在70°C干燥后，浸入溶膠中，負壓 抽吸lh ;將浸漬后的多孔陶瓷膜放在70°C干燥箱中干燥lh，然后放入馬弗爐中于800°C煅 燒，制得由氧化鋅進行孔道修飾的SiC多孔陶瓷膜，重復浸漬煅燒過程，使氧化鋅的負載量 為10%，氧化鋅平均粒徑為150nm ; 將修飾后的多孔陶瓷膜浸漬于lg/L氯鉑酸溶液中15h，取出干燥完全，于600°C煅燒， 制得Pt/ZnO/SiC催化膜，Pt的平均顆粒粒徑為4nm，負載量為0. 1%。
[0017] 實施例3 稱量0. lmol二水合乙酸鋅，加入與二水合乙酸鋅等摩爾的二乙醇胺，再加入乙二醇， 二乙醇胺和乙二醇的總體積為l〇〇ml，在60°C的恒溫水浴中加熱攪拌60min，配制lmol/L的 前軀體溶膠；將孔隙率為50%的21〇 2預先放入乙醇水溶液中，在100kW，30°C下超聲30min， 以去除表面的雜質成分，超聲后的多孔陶瓷膜在70°C干燥后，浸入溶膠中，負壓抽吸lh;將 浸漬后的多孔陶瓷膜放在70°C干燥箱中干燥lh，然后放