CN102198405A - 一种净化室内甲醛用的复合催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种净化室内甲醛用的复合催化剂及其制备方法，该催化剂由99~90%（重量，下同）的载体和1~10%的掺杂金属离子的MnO2粉末所组成，所述载体包括活性炭粉末、活性炭纤维粉末或分子筛多孔超细微粒，所述掺杂金属离子为银、铜或锌离子。该制备方法先以KMnO4、MnSO4为原料制备MnO2粉末；通过浸没吸附作用将KMnO4溶液吸附在载体上，再通过还原剂MnSO4溶液与载体上的KMnO4反应，使该反应生成的MnO2粉末直接沉积在载体的表面和内部；而后把该载体浸渍在0.5-2.0%的掺杂金属离子溶液中，旋转蒸发后，100℃烘干，即制备出含掺杂离子的MnO2/载体复合型催化剂。
Description
技术领域
本发明涉及复合催化剂技术，具体说是一种净化室内甲醛用的复合催化剂及其制备方法。
背景技术
甲醛是一种城市生态系统中与人居环境质量有重要影响的环境污染物。室内甲醛来源广泛，释放期长，对人体的危害极大。2004年国际癌症研究中心(IARC)在153号“甲醛致癌”公报上将甲醛确定为致癌物。在我国有毒化学品优先控制的名单上它居第2位。甲醛的毒性包括一般毒性和特殊毒性。长期（14~30年）使用甲醛、福尔马林的人员可以导致中枢神经系统功能的丧失。因而室内甲醛污染的治理已经刻不容缓。
针对室内甲醛污染，一般采用活性炭吸附技术、臭氧净化技术、非热等离子体空气净化技术、催化氧化法等技术治理。目前应用较多的活性炭吸附技术，简单易行，但选择性差，再生较为困难，且空气中的水蒸汽对其吸附性能有很大影响。当相对湿度较大时，活性炭的吸附量会急剧下降，而且活性炭的吸附只是污染源的转移，并没有使污染物分解，且存在饱和吸附问题以及因吸附剂的吸附饱和带来的二次污染问题，因此要经常更换吸附材料。臭氧技术具有杀菌、除臭作用，但对有机污染物的去除率低，而且臭氧本身对人体和环境有害。
目前，治理室内甲醛的后期方法中的化学反应法能使甲醛反应生成无污染的物质二氧化碳和水，是较好的治理室内甲醛污染的方法。光催化氧化法是目前研究较多的一种，如纳米二氧化钛(TiO2)光催化技术净化室内污染物的研究逐年增多。如中国专利申请00129180.7公布了一种净化空气的光催化剂，它是以TiO2粉末为主的效率较高的光催化剂。但其反应必须有太阳光或紫外光的照射，尤其是污染物浓度较低时光催化降解需要紫外光能量，太阳光中紫外光所占比例很少，需要外加紫外光源。
一些金属氧化物催化法可在室温无光的条件下进行，反应条件温和，操作简便，吸附效果好，具有很好的发展前景。例如，中国专利申请200410047973.7公布了一种室温条件下甲醛气体氧化催化剂，该催化剂以金属氧化物为主体，在金属氧化物上负载少量贵金属组分构成，它可有效应用于室温条件下甲醛的催化氧化。但这些金属氧化物催化剂存在纳米粒子的团聚问题，由于纳米粒子分散性不好，会使催化剂的活性表面降低，实际使用变得困难，而且一般而言，室内甲醛的浓度较低，降解速度较慢，若甲醛污染物不能有效地被吸附至催化剂表面处，则其催化分解效果不佳。
发明内容
针对现有技术的不足和缺陷，本发明拟解决的技术问题是，提供一种净化室内甲醛用的复合催化剂及其制备方法。该催化剂具有更高的催化性能，适用范围更广的特点，并可使甲醛污染物有效地被吸附至复合催化剂的表面和内部，使金属氧化物的催化分解效果大大增加，有害物质被加速分解，催化效率更高。该催化剂的制备方法解决了金属氧化物催化剂团聚问题，提高其分散性和固定性，且工艺简单，适于工业化使用。
本发明解决所述催化剂技术问题的技术方案是，设计一种净化室内甲醛用的复合催化剂，该催化剂由重量百分比为99~90%的载体和重量百分比为1~10%的掺杂金属离子的MnO2粉末所组成，所述载体包括活性炭粉末、活性炭纤维粉末或分子筛多孔超细微粒，载体的平均粒径为5~50nm，所述掺杂金属离子为银、铜或锌离子。
本发明解决所述制备方法技术问题的技术方案是，设计一种本发明所述净化室内甲醛用的复合催化剂制备方法，该制备方法先以KMnO4、MnSO4为原料制备MnO2粉末，原料的重量百分比组成为：KMnO4 1.0~20.0%、MnSO4 1.0~25.0%；通过浸没吸附作用将KMnO4溶液吸附在载体上，再通过还原剂MnSO4溶液与载体上的KMnO4反应，使该反应生成的MnO2粉末直接沉积在载体的表面和内部；而后把该载体浸渍在重量百分数为0.5-2.0%的掺杂金属离子溶液中，旋转蒸发后，100℃烘干，即制备出含掺杂金属离子的MnO2/载体复合型催化剂；所述载体包括活性炭粉末、活性炭纤维粉末或分子筛多孔超细微粒，载体的平均粒径为5~50nm；所述掺杂金属离子为银、铜或锌离子，加入到复合催化剂中的掺杂金属离子的重量百分比为0.3~1.0%。
与现有技术相比，本发明催化剂因为催化活性体采用浸渍法和化学反应法制得，产物直接沉积负载于载体空隙中，因而具有制备工艺简单、分散性和固定性好，催化活性高等特点；本发明制备方法因为MnO2粉末浸渍掺杂普通金属离子，因而具有在提高催化活性的同时，所用原料低廉易得，制备工艺简单，操作方便实用，成本低等特点。
具体实施方式
下面结合实施例进一步叙述本发明。
本发明设计净化室内甲醛用的复合催化剂（简称催化剂），该催化剂由重量百分比为99~90%的载体和重量百分比为1~10%的掺杂金属离子的MnO2粉末所组成，所述载体包括活性炭粉末、活性炭纤维粉末或分子筛多孔超细微粒，载体的平均粒径为5~50nm；所述掺杂金属离子为银、铜或锌离子。
本发明同时设计了本发明所述的净化室内甲醛的复合催化剂的制备方法（简称制备方法），该制备方法采用以下步骤：先以KMnO4、MnSO4为原料制备MnO2粉末，原料的重量百分比组成为：KMnO4 1.0~20.0%、MnSO4 1.0~25.0%（载体和掺杂金属离子的MnO2粉末重量百分数为100%）；以载体活性炭为例，通过浸没吸附作用将KMnO4溶液吸附在载体活性炭上，再通过还原剂MnSO4溶液与载体活性炭上的KMnO4反应，使所述的MnO2粉末直接沉积在载体活性炭的表面和内部；而后把该载体活性炭浸渍在重量百分数为0.5-2.0%的掺杂金属离子溶液中，旋转蒸发后，100℃烘干，即制备出含掺杂离子的MnO2/载体活性炭复合型催化剂；所述载体包括活性炭粉末、活性炭纤维粉末或分子筛多孔超细微粒，载体的平均粒径为5~50nm；所述掺杂金属离子为银、铜或锌离子，加入到复合催化剂中的掺杂金属离子的重量百分比为0.3~1.0%（金属元素重量换算值）。
本发明催化剂中的催化活性体采用反应物浸渍法和还原反应法将纳米MnO2粉末、掺杂金属离子负载于载体空隙中，形成复合型纳米催化剂。
本发明制备方法通过浸没吸附作用将KMnO4溶液吸附在载体上，再通过还原剂MnSO4溶液与载体上的KMnO4反应，生成MnO2粉末沉积在载体空隙中；而后将其浸渍在掺杂金属离子溶液中，烘干，即制备出含掺杂金属离子的MnO2/载体复合型催化剂。
本发明催化剂去除或净化室内甲醛的突出特点是：当典型室内的甲醛浓度较低，其降解速度就会较慢，但若甲醛污染物被有效地吸附浓缩在一些金属氧化物的表面处，则催化分解效果将大为增加，有害物质甲醛可被加速分解，所以本发明催化剂是将催化分解技术与吸附技术结合在一起，是一种复合催化剂。
本发明制备方法工艺简单，操作方便，原料低廉易得，无需光照，不需耗费电力热力，适于工业化推广应用。
本发明催化剂可涂制在织物或薄膜上，或者加入到室内涂料中，成为室内甲醛净化用的新型实用材料，使用方便。本发明催化剂在室温条件下可将封闭室内的甲醛有害气体有效去除，去除率大于95%。
本发明未述及之处适用于现有技术。
下面给出本发明的具体实施例，这些具体实施例仅用于详细说明本发明，并不限制本申请权利要求的保护范围：
实施例1
称取10克KMnO4和15.0克MnSO4.H2O分别配制成200ml溶液，将15克活性炭粉末用蒸馏水冲洗，煮沸1小时，放在恒温箱中于200℃下干燥3小时，然后趁热倒入上述KMnO4溶液中，在磁力搅拌下让其浸泡约30分钟，直至溶液中的紫色褪去，过滤出活性炭粉末，室温下自然干燥至颗粒不相互粘连，120℃干燥箱中烘烤30分钟后备用；将上述的MnSO4.H2O溶液倒入上述处理过活性炭粉末中，要求活性炭粉末浸没于相应的MnSO4溶液中，振荡48小时后，过滤，100℃干燥12小时，将干燥物浸渍在重量浓度1.0% 的AgNO3溶液中，旋转蒸发后，100℃烘干，即制备出含银离子的MnO2/活性炭复合（型）催化剂。
经乙酰丙酮分光光度法分析检测（下同），在空气中甲醛浓度为10mg/L时，所得催化剂作用12小时后，甲醛去除效率为97％。
实施例2
以ZnSO4替代实施例１中的AgNO3，其他原料组与工艺参数不变，即得到含锌离子的MnO2/活性炭复合催化剂。
经检测，在空气中甲醛浓度为10mg/L时，所得催化剂作用12小时后，甲醛去除效率为95％。
实施例３
以CuSO4替代实施例１中的AgNO3，其他原料组与工艺参数不变，即得到含铜离子的MnO2/活性炭复合催化剂。
经检测，在空气中甲醛浓度为10mg/L时，所得催化剂作用12小时后，甲醛去除效率为96％。
实施例４
称取8克KMnO4和12克MnSO4.H2O分别配制为200ml溶液，将10克活性炭纤维粉末，倒入上述KMnO4溶液中，让其浸泡约30分钟，直至溶液中的紫色褪去，过滤出活性炭纤维粉末，室温下自然干燥至颗粒不相互粘连，120℃干燥箱中烘烤30分钟后备用。将上述的MnSO4.H2O溶液加入上述处理过活性炭纤维粉末中，要求活性炭粉末浸没于相应的MnSO4溶液中，振荡48小时后，过滤，100℃干燥12小时，将干燥物浸渍在1.5% AgNO3溶液中，旋转蒸发后，100℃烘干，即制备出含银离子的MnO2/活性炭纤维粉末复合（型）催化剂。
经检测，在空气中甲醛浓度为10mg/L时，所得复合催化剂作用12小时后，甲醛去除效率为97％。
实施例5
称取10克KMnO4和15.0克MnSO4.H2O分别配制为200ml溶液，将15克分子筛多孔超细微粒用蒸馏水冲洗，煮沸后放在恒温箱中于200℃下干燥3小时，然后趁热倒入上述KMnO4溶液中，在机械搅拌下让其浸泡约30分钟，直至溶液中的紫色褪去，过滤出分子筛多孔超细微粒，室温下自然干燥至颗粒不相互粘连，120℃干燥箱中烘烤30分钟后备用；将上述的MnSO4.H2O溶液加入上述处理过的分子筛多孔超细微粒中，要求分子筛多孔超细微粒浸没于相应的MnSO4溶液中，振荡48小时后，过滤，100℃干燥12小时，将干燥物浸渍在1.5% CuNO3溶液中，旋转蒸发后，100℃烘干，即制备出含铜离子的MnO2/分子筛多孔超细微粒复合(型)催化剂。
经检测，在空气中甲醛浓度为10mg/L时，所得复合催化剂作用12小时后，甲醛去除效率为95％。
Claims (2)
1.一种净化室内甲醛用的复合催化剂，该催化剂由重量百分比为99～90%的载体和重量百分比为1～10%的掺杂金属离子的MnO2粉末所组成，所述载体包括活性炭粉末、活性炭纤维粉末或分子筛多孔超细微粒，载体的平均粒径为5～50nm，所述掺杂金属离子为银、铜或锌离子。
2.一种权利要求1所述净化室内甲醛用的复合催化剂制备方法，该制备方法先以KMnO4、MnSO4为原料制备MnO2粉末，原料的重量百分比组成为：KMnO4 1.0～20.0%、MnSO4 1.0～25.0%；通过浸没吸附作用将KMnO4溶液吸附在载体上，再通过还原剂MnSO4溶液与载体上的KMnO4反应，使该反应生成的MnO2粉末直接沉积在载体的表面和内部；而后把该载体浸渍在重量百分数为0.5-2.0%的掺杂金属离子溶液中，旋转蒸发后，100℃烘干，即制备出含掺杂离子的MnO2/载体复合型催化剂；所述载体包括活性炭粉末、活性炭纤维粉末或分子筛多孔超细微粒，载体的平均粒径为5～50nm；所述掺杂金属离子为银、铜或锌离子，加入到复合催化剂中的掺杂金属离子的重量百分比为0.3～1.0%。
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