CN104722299B - 一种用于室温消除甲醛的催化剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于室温甲醛净化的纳米二氧化铈负载纳米钯催化剂。本发明以二氧化铈纳米立方块为载体，通过沉积沉淀法将纳米钯负载于载体表面，得到了负载型催化剂。采用本发明所述用于室温甲醛净化的负载型催化剂，可以将大部分或者全部甲醛在室温条件下转化为二氧化碳和水，没有甲酸、一氧化碳等副产物，甲醛转化率可高达100％。

Description

一种用于室温消除甲醛的催化剂

技术领域

本发明特别涉及一种用于室温甲醛净化的二氧化铈负载纳米钯催化剂。

背景技术

对于新装修的房屋来说，严重的室内空气污染已经成为了人们最为关注的问题之一。在众多的污染物当中，甲醛是一种典型的，危害严重的气体有机污染物。长期曝露在还有甲醛的环境中，会刺激人的眼、鼻、喉器官，导致皮疹等严重过敏症状，除此之外，甲醛也被认为是一种潜在的致癌物质。根据中华人民共和国国家标准《居室空气中甲醛的卫生标准》规定：居室空气中甲醛的最高容许浓度为0.08毫克／立方米，然而中国室内环境监测工作委员会的调查统计显示，中国新装修家庭甲醛超标百分之六十以上。因此，如何消除室内甲醛的污染，已经成为改善人们居住环境的一个重要问题。

常规消除室内甲醛的方法包括：吸附法、光催化法和催化氧化法。其中吸附法和光催化法，常常存在吸附能力有限，需要额外能量输入，存在二次污染等问题。相对来说，催化氧化法，利用空气中的氧气，将甲醛转化为无污染的二氧化碳和水，是一种更清洁，方便的消除甲醛污染的方法。目前，常见的甲醛催化氧化催化剂都需要加热才能实现甲醛的完全转化，在室温下能够实现高浓度甲醛的完全氧化的催化剂较少。因此，寻求室温下能消除高浓度甲醛污染的催化剂成为了人们关注的焦点。

发明内容

本发明的目的：提供一种用于高效净化室内甲醛的纳米材料。

为了达到上述目的，本发明采用了如下方案来实现：

1.二氧化铈纳米立方块载体的制备。

称取一定量Ce(NO₃)₃·6H₂O溶于水中，后加入一定量NaOH使得Ce(NO₃)₃·6H₂O与NaOH的质量比为：Ce(NO₃)₃·6H₂O∶NaOH=1∶10-1∶15.将混合后的体系转移到带聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于140-200℃下反应20-24小时，所得沉淀经抽滤，洗涤，烘干备用。

2.二氧化铈负载纳米钯催化剂。

称取一定量上述二氧化铈纳米立方块载体分散于去离子水中，加入一定量PdCl₂或Pd(NO₃)₃前驱体。以催化剂重量为100％计，使得前驱体(以Pd质量计)质量比为0.5-2％。前驱体充分溶解后，加入NaOH使得体系pH=7-10，然后加入过量硼氢化钠还原，所得产物经抽滤，洗涤，烘干，即为目标催化剂。

本发明具有如下有利效果：

所述二氧化铈负载钯催化剂经由催化氧化机制消除室内甲醛，利用钯作为活性组分，相对于现今较多使用的负载铂催化剂更为经济。催化剂使用条件简单，操作方便，无需外加光源以及频繁更换。可有效的在室温下将甲醛氧化为二氧化碳和水，不存在一氧化碳或者甲酸等二次污染物，甲醛转化率可以达到100％。

具体实施方式

为了更好的说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限定性的实施案例如下(下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中的试验材料，如无特殊说明，均为自常规化学试剂商店购买得到的)：

实施案例一：

(1)二氧化铈纳米立方块的制备

称取1.0g Ce(NO₃)₃·6H₂O(99.5％)溶于15ml水中，加入25ml含12gNaOH的水溶液剧烈搅拌十分钟，然后将混合体系转移至50ml反应釜中，200℃下反应24小时候自然冷却至室温。所得沉淀抽滤，经水洗，醇洗后50℃下烘干过夜，即得二氧化铈纳米立方块载体。

(2)二氧化铈负载纳米钯

称取1.0g上述载体，分散在400ml去离子水中，加入0.0167g PdCl₂，搅拌至PdCl₂充分溶解后，用0.5mol／L NaOH水溶液将pH调至7，搅拌十分钟后，加入5ml0.15mol／L NaBH₄水溶液，继续搅拌半小时后，抽滤，所得灰白色沉淀经水洗，醇洗后50℃下烘干过夜，即得二氧化铈负载钯催化剂。

(3)催化性能评价

取0.1g二氧化铈负载钯催化剂，放置于管式固定床反应器中进行实验，实验条件如下：氧气20％，氮气80％，甲醛气体由甲醛气体发生器产生，控制甲醛含量为400ppm，反应空速(GHSV)为25000h^-1，反应温度为室温(273.15K)，经GC-FID检测，甲醛转化率为100％。

实施案例二：

(1)二氧化铈纳米立方块的制备

称取1.0g Ce(NO₃)₃·6H₂O(99.5％)溶于15ml水中，加入25ml含20gNaOH的水溶液剧烈搅拌十分钟，然后将混合体系转移至50ml反应釜中，150℃下反应20小时候自然冷却至室温。所得沉淀抽滤，经水洗，醇洗后50℃下烘干过夜，即得二氧化铈纳米立方块载体。

(2)二氧化铈负载纳米钯

同实施案例一的步骤(2)。

(3)催化性能评价

取0.1g二氧化铈负载钯催化剂，放置于管式固定床反应器中进行实验，实验条件如下：氧气20％，氮气80％，甲醛气体由甲醛气体发生器产生，控制甲醛含量为400ppm，空气湿度为50％，反应空速(GHSV)为25000h^-1，反应温度为室温(273.15K)，经GC-FID检测，甲醛转化率为100％。

实施案例三：

(1)二氧化铈纳米立方块的制备

同实施案例一的步骤(1)。

(2)二氧化铈负载纳米钯

称取1.0g上述载体，分散在400ml去离子水中，加入0.0433gPd(NO₃)₃，搅拌至Pd(NO₃)₃充分溶解后，用0.5mol／L NaOH水溶液将pH调至9，搅拌十分钟后，加入5ml0.15mol／LNaBH₄水溶液，继续搅拌半小时后，抽滤，所得灰白色沉淀经水洗，醇洗后50℃下烘干过夜，即得二氧化铈负载钯催化剂。

(3)催化性能评价

同实施案例一的步骤(3)，经GC-FID检测，甲醛转化率为100％。

Claims (6)

1.一种纳米二氧化铈负载钯催化剂，其特征在于，采用二氧化铈纳米立方块为载体，负载纳米金属钯颗粒作为活性组分；

所述纳米二氧化铈负载钯催化剂的制备方法包括以下步骤：

(1)二氧化铈纳米立方块载体的制备

称取一定量Ce(NO₃)₃·6H₂O溶于水中，后加入一定量NaOH使得Ce(NO₃)₃·6H₂O与NaOH的质量比为：Ce(NO₃)₃·6H₂O∶NaOH＝1∶10-1∶15；将混合后的体系转移到带聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于140-200℃下反应20-24小时，所得沉淀经抽滤，洗涤，烘干，所得固体即为二氧化铈纳米立方块载体；

(2)二氧化铈负载纳米钯催化剂

称取一定量上述二氧化铈纳米立方块载体分散于去离子水中，加入一定量PdCl₂或Pd(NO₃)₃前驱体；以催化剂重量为100％计，前驱体以Pd质量计质量比为0.5-2％；前驱体充分溶解后，加入NaOH使得体系pH＝7-10，然后加入过量硼氢化钠还原，所得产物经抽滤，洗涤，烘干，即为目标催化剂。

2.一种如权利要求1所述纳米二氧化铈负载钯催化剂的制备方法，其特征在于，催化剂制备包括以下步骤：

(1)二氧化铈纳米立方块载体的制备；

(2)二氧化铈纳米立方块负载钯纳米颗粒的方法，其特征在于采用沉积沉淀法。

3.根据权利要求2所述纳米二氧化铈负载钯催化剂的制备方法，其特征在于，二氧化铈纳米立方块载体采用水热方法合成：

称取一定量Ce(NO₃)₃·6H₂O溶于水中，后加入一定量NaOH使得Ce(NO₃)₃·6H₂O与NaOH的质量比为：Ce(NO₃)₃·6H₂O∶NaOH＝1∶10-1∶15；将混合后的体系转移到带聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于140-200℃下反应20-24小时，所得沉淀经抽滤，洗涤，烘干，所得固体即为二氧化铈纳米立方块载体。

4.根据权利要求2所述纳米二氧化铈负载钯催化剂的制备方法，其特征在于，二氧化铈纳米立方块负载钯纳米颗粒的制备条件如下：

称取一定量上述二氧化铈纳米立方块载体分散于去离子水中，加入一定量PdCl₂或Pd(NO₃)₃前驱体；前驱体充分溶解后，加入NaOH使得体系pH＝7-10，然后加入过量硼氢化钠还原，所得产物经抽滤，洗涤，烘干，即为目标催化剂。

5.根据权利要求4所述纳米二氧化铈负载钯催化剂的制备方法，其特征在于，以催化剂重量为100％计，前驱体以Pd质量计质量比为0.5-2％。

6.权利要求1中所述纳米二氧化铈负载钯催化剂的用途，其特征在于，所述催化剂在无光条件下，能在室温下将空气中甲醛氧化为无毒的二氧化碳和水。