CN104941612A

CN104941612A - 一种吸附催化剂及其制备方法和应用和一种空气净化方法及其应用

Info

Publication number: CN104941612A
Application number: CN201510309349.8A
Authority: CN
Inventors: 刘刚
Original assignee: Midea Group Co Ltd; Guangdong Midea Refrigeration Equipment Co Ltd
Current assignee: Midea Group Co Ltd; GD Midea Air Conditioning Equipment Co Ltd
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2015-06-05
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2035-06-05
Also published as: CN104941612B

Abstract

本发明涉及空气净化领域，具体提供了一种吸附催化剂及其制备方法和应用，该方法包括：(1)将能够将气态污染物氧化的催化活性组分源分散在熔融的金属铝液中，得到涂料；(2)将所述涂料浸渍规整结构载体，然后冷却。本发明提供了一种空气净化方法及其应用，该方法包括：(1)除去待净化空气中的颗粒物；(2)在加热条件下，将去除颗粒物的空气与吸附催化剂接触；(3)可选的，将与吸附催化剂接触后的空气进行加湿；所述吸附催化剂为本发明所述的吸附催化剂。按照本发明的方法得到的吸附催化剂结合强度高、风阻小、热稳定性高、机械稳定性高且催化活性强。本发明的空气净化方法，能够在较高的净化温度下操作，由此有效提高了净化率。

Description

一种吸附催化剂及其制备方法和应用和一种空气净化方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种吸附催化剂的制备方法以及由该方法得到的吸附催化剂，和一种本发明的吸附催化剂在净化含气态污染物的空气中的应用，以及一种空气净化方法及其在具有空气净化功能的家用电器中的应用。

背景技术

封闭空间如室内、车内环境受外界环境影响以及空间内部产生一定浓度的气态污染物。随着物质生活水平的逐步提高，尤其是近年来空气细颗粒物的爆发，气态污染物的危害得到了极大关注，以甲醛、臭氧、一氧化碳和TVOCs等为代表的气态污染物是封闭空间内最为常见的污染物质，长时间暴露于低浓度的上述气态污染物会对人体造成长期或者短期伤害，甚至引起疾病。因此对封闭空间内的气态污染物的治理势在必行。

目前，封闭空间气态污染物去除技术方兴未艾。去除气态污染物的方法主要有吸附法和催化净化法。由于气态污染物在吸附剂上的吸附容量容易饱和，因此不及时处理吸附剂可能会造成二次污染，对环境和人体造成更大伤害。催化净化法是降解上述气态污染物的有效方法。通常气态污染物在较低温度下转化为水和二氧化碳等小分子无毒物质。

目前的制备方法往往采用金属蜂窝与无机材料涂覆高温烧结的方式制备，从而导致用于催化净化法的整体式催化剂存在着诸多的问题，如载体与催化剂活性组分结合强度低问题，即无机材料与金属蜂窝材质的不相容性，导致无机材料容易剥离，热稳定性低以及机械强度低；另外还存在着风阻大、气态污染物在催化剂活性组分的传质过程差的问题，由此导致催化剂的寿命短以及催化活性差。如CN103877994A采用Fe-Cr-Al为惰性载体，以θ-氧化铝、氧化铈和贵金属为粘结层及活性组分制备催化剂，但是显然以金属材料和无机氧化物材料之间的结合强度低，导致催化剂热稳定性及机械稳定性差。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术吸附催化剂对气态污染物催化氧化中存在的不足，提出了一种吸附催化剂及其制备方法。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种吸附催化剂的制备方法，该方法包括：

(1)将能够将气态污染物氧化的催化活性组分源分散在熔融的金属铝液中，得到涂料；

(2)将所述涂料浸渍规整结构载体，然后冷却。

根据本发明的第二方面，本发明提供了按照本发明所述的制备方法制备得到的吸附催化剂。

根据本发明的第三方面，本发明提供了本发明所述的吸附催化剂在净化含气态污染物的空气中的应用。

根据本发明的第四方面，本发明提供了一种空气净化方法，该方法包括：

(1)除去待净化空气中的颗粒物；

(2)在加热条件下，将去除颗粒物的空气与吸附催化剂接触；

(3)可选的，将与吸附催化剂接触后的空气进行加湿；其中，所述吸附催化剂为本发明所述的吸附催化剂。

根据本发明的第五方面，本发明提供了本发明的空气净化方法在具有空气净化功能的家用电器中的应用。

按照本发明的方法得到的吸附催化剂结合强度高、风阻小、热稳定性高、机械稳定性高且催化活性强。

本发明的空气净化方法，能够在较高的净化温度下操作，由此有效提高了净化率。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如前所述，本发明提供了一种吸附催化剂的制备方法，该方法包括：

(2)将所述涂料浸渍规整结构载体，然后冷却。

根据本发明的方法，冷却的方法无特殊要求，可以自然冷却或者置于低温中迅速冷却。

根据本发明的方法，优选熔融的金属铝液的温度为660-800℃。

根据本发明的方法，优选熔融的金属铝液按如下步骤制备：将金属铝源在高于铝熔点0-100℃的温度下进行加热熔融。

根据本发明的方法，金属铝源的种类可选范围较宽，优选金属铝源为铝粉、铝条和铝片中的一种或多种。

根据本发明的方法，优选所述能够将气态污染物氧化的催化活性组分源为过渡金属氧化物和/或贵金属，且在熔融的金属铝液温度下不发生化学变化。

根据本发明的方法，所述过渡金属氧化物的种类的可选范围较宽，本领域常规使用的过渡金属氧化物均可以用于本发明，针对本发明，优选所述过渡金属氧化物为CuO、NiO和Co₃O₄中的一种或多种，更优选为Co₃O₄。

根据本发明的方法，所述贵金属的种类的可选范围较宽，本领域常规使用的贵金属均可用于本发明，针对本发明，优选所述贵金属为Pt、Pd、Ru、Rh、Au和Ag中的一种或多种，更优选为Au。

根据本发明的方法，优选所述能够将气态污染物氧化的催化活性组分源为过渡金属氧化物和贵金属的混合物，贵金属与过渡金属氧化物的质量比为(0.01-5):100，优选为(0.5-2):100。

根据本发明的方法，优选所述能够将气态污染物氧化的催化活性组分源与熔融的金属铝液的质量比为(0.01-10):100，优选为(1-8):100。由此可以提高吸附催化剂的结合强度。

根据本发明的方法，优选涂料的用量使得冷却后涂层的厚度为0.1-500μm，优选为1-50μm。

根据本发明的方法，本发明对所述规整结构载体的性质无特殊要求，优选所述规整结构载体在所述熔融的金属铝液温度下不发生物理变化或化学变化，更优选所述规整结构载体的熔点高于熔融的金属铝液温度，进一步优选所述规整结构载体为多孔金属材料，例如为Fe-Cr-Al合金、Fe-Ni-Cr合金、Ni-Cr合金、Ni-Fe合金、Fe和Cu中的一种或多种，优选为Fe-Cr-Al合金。

根据本发明的方法，优选所述规整结构载体的通孔率为80％-99％，优选为85％-99％，进一步优选为95％-99％。

根据本发明的方法，优选所述规整结构载体上的孔的孔径为0.01-1cm，优选为0.05-0.3cm。

根据本发明的一种优选实施方式，优选所述规整结构载体的通孔率为80％-99％，优选为85％-99％，进一步优选为95％-99％；优选所述规整结构载体上的孔的孔径为0.01-1cm，优选为0.05-0.3cm。

根据本发明的方法，优选所述规整结构载体的横截面的孔结构为圆形、方形和三角形结构中的一种或多种，优选为圆形和/或方形，更优选为方形。

本发明提供了按照本发明所述的制备方法制备得到的吸附催化剂。

根据本发明的吸附催化剂，优选所述吸附催化剂经过1kW超声振动1h测试，质量损失为0-5％。

本发明的吸附催化剂具有极好的热稳定性和机械稳定性，因此吸附催化剂能够在高温下操作，由此能够提高吸附催化效率。

本发明中，以金属Al为粘结层，将催化活性组分与规整结构载体粘结在一起，所得吸附催化剂具有高温稳定性以及高机械稳定性。

本发明的优选实施方式中，以多孔规整结构载体为载体，利用多孔结构增加了气态污染物在多孔催化剂孔道的反应时间，从而提高了吸附催化剂催化净化气态污染物的效率。且开放的多孔结构具有压降小的特性，保证了吸附催化剂的催化性能及应用性能。

本发明的优选实施方式，利用熔融Al为粘结层浸渍冷凝，含催化剂Al层在多孔金属载体表面分布均匀，无堵孔现象；且与其他方法相比，制备方式简单，操作成本降低，可以实现规模化生产。

本发明提供了本发明所述的吸附催化剂在净化含气态污染物的空气中的应用。

根据本发明的应用，优选所述气态污染物包括臭氧、甲醛、一氧化碳、VOCs和SVOCs中的一种或多种。

如前所述，本发明提供了一种空气净化方法，该方法包括：

(1)除去待净化空气中的颗粒物；

(2)在加热条件下，将去除颗粒物的空气与吸附催化剂接触；

根据本发明的方法，优选步骤(2)中所述接触的温度为25-250℃。

本发明提供了本发明的空气净化方法在具有空气净化功能的家用电器中的应用。

根据本发明的应用，所述家用电器为空气净化器、具有空气净化功能的空调器和除湿器中的一种或多种。

下面通过实施例详细说明本发明，但本发明不局限于此。

实施例1

(1)将Al粉加热至700℃，保持温度5分钟使Al充分熔化为铝液；

(2)将过渡金属氧化物CuO球磨混合后分散在熔化了的金属Al液中，利用搅拌的方式使其均匀分散，CuO的量为Al液质量的8％；

(3)将多孔Fe-Ni-Cr合金载体浸入上述铝液，通过浸渍的方式将含CuO的高温Al液涂布在多孔Fe-Ni-Cr载体表面，其中，所述多孔Fe-Ni-Cr合金载体的横截面为同心圆，通孔率为99％，孔径为0.06cm；

(4)将所述附着有催化活性成分的Al液的多孔金属载体，自然冷却至室温，获得吸附催化剂CuO/Al/Fe-Ni-Cr多孔整体式催化剂，所述附着在多孔金属载体材料上的含催化活性成分的Al粘结层的厚度为50μm。

实施例2

(1)将Al粉加热至680℃，保持温度10分钟使Al充分熔化为铝液；

(2)将过渡金属氧化物Co₃O₄和贵金属Au球磨混合后分散在熔化了的金属Al液中，利用搅拌的方式将其均匀分散，Co₃O₄的量为Al液质量的3％，Au的质量为Co₃O₄质量的1％；

(3)将多孔Fe-Cr-Al合金载体浸入上述铝液，通过浸渍的方式将含Co₃O₄和Au的高温Al液涂布在多孔Fe-Cr-Al载体表面，所述多孔Fe-Cr-Al载体的横截面为长方形，通孔率为99％，孔径为0.05cm；

(4)将所述附着有催化活性成分的Al液的多孔金属载体，自然冷却至室温，获得吸附催化剂Au/Co₃O₄/Al/Fe-Cr-Al多孔整体式催化剂，所述附着在多孔金属载体材料上的含催化活性成分的Al粘结层的厚度为20μm。

实施例3

(1)将Al粉加热至720℃，保持温度8分钟使Al充分熔化为铝液；

(2)将过渡金属氧化物NiO和Co₃O₄和贵金属Ag球磨混合后分散在熔化了的金属Al液中，利用搅拌的方式将其均匀分散，NiO和Co₃O₄的量分别为Al液质量的2％，Ag的量为NiO和Co₃O₄质量的2％；

(3)将多孔Cr-Ni合金载体浸入上述铝液，通过浸渍的方式将含NiO、Co₃O₄和Ag的高温Al液涂布在多孔Cr-Ni载体表面，所述多孔Cr-Ni载体的横截面为圆形，通孔率为97％，孔径为0.10cm；

(4)将所述附着有催化活性成分的Al液的多孔金属载体，自然冷却至室温，获得吸附催化剂Au/NiO+Co₃O₄/Al/Cr-Ni多孔整体式催化剂，所述附着在多孔Cr-Ni载体材料上的含催化活性成分的Al粘结层的厚度为35μm。

测试例1

采用上述实施例1的催化剂放入空调器中，在30m³标准仓内进行甲醛降解实验，其中甲醛浓度分别为2.1mg/m³，经过1小时测量后，甲醛的净化率为98.0％。其中测试前的催化剂经过1kW超声振动1h测试，质量损失为1.1％，汇总数据见表1。

测试例2

采用上述实施例2催化剂放入空调器中，在30m³标准仓内进行甲醛降解实验，其中甲醛浓度分别为2.2mg/m³，经过1小时测量后，甲醛的净化率为99.2％。其中测试前的催化剂经过1kW超声振动1h测试，质量损失为0.9％，汇总数据见表1。

测试例3

采用上述实施例3催化剂放入空调器中，在30m³标准仓内进行甲醛降解实验，其中甲醛浓度分别为2.1mg/m³，经过1小时测量后，甲醛的净化率为99.9％。其中催化剂经过1kW超声振动1h测试，质量损失为0.7％，汇总数据见表1。

表1

吸附催化剂来源	质量损失(％)	净化率(％)
			实施例1	1.1	98.0
实施例2	0.9	99.2
			实施例3	0.7	99.9

本发明的吸附催化剂质量损失小，由此说明按照本发明的方法得到的吸附催化剂结合强度高、风阻小、热稳定性高、机械稳定性高。

本发明的催化剂净化率高，由此说明本发明的催化剂催化净化活性高。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种吸附催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括：

(2)将所述涂料浸渍规整结构载体，然后冷却。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，熔融的金属铝液的温度为660-800℃；优选熔融的金属铝液按如下步骤制备：将金属铝源在高于铝熔点0-100℃的温度下进行加热熔融，优选金属铝源为铝粉、铝条和铝片中的一种或多种；所述能够将气态污染物氧化的催化活性组分源为过渡金属氧化物和/或贵金属，且在熔融的金属铝液温度下不发生化学变化；优选所述过渡金属氧化物为CuO、NiO和Co₃O₄中的一种或多种，优选为Co₃O₄；优选所述贵金属为Pt、Pd、Ru、Rh、Au和Ag中的一种或多种，优选为Au；更优选所述能够将气态污染物氧化的催化活性组分源为过渡金属氧化物和贵金属的混合物，贵金属与过渡金属氧化物的质量比为(0.01-5):100，优选为(0.5-2):100。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述能够将气态污染物氧化的催化活性组分源与熔融的金属铝液的质量比为(0.01-10):100，优选为(1-8):100；涂料的用量使得冷却后涂层的厚度为0.1-500μm，优选为1-50μm。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述规整结构载体在所述熔融的金属铝液温度下不发生物理变化或化学变化，优选所述规整结构载体的熔点高于熔融的金属铝液温度，更优选所述规整结构载体为Fe-Cr-Al合金、Fe-Ni-Cr合金、Ni-Cr合金、Ni-Fe合金、Fe和Cu中的一种或多种，优选为Fe-Cr-Al合金；优选所述规整结构载体的通孔率为80％-99％，优选为85％-99％，进一步优选为95％-99％；所述规整结构载体上的孔的孔径为0.01-1cm，优选为0.05-0.3cm；所述规整结构载体的横截面的孔结构为圆形、方形和三角形结构中的一种或多种，优选为圆形和/或方形，更优选为方形。

5.权利要求1-4中任意一项所述的制备方法制备得到的吸附催化剂，优选所述吸附催化剂经过1kW超声振动1h测试，质量损失为0-5％。

6.权利要求5所述的吸附催化剂在净化含气态污染物的空气中的应用，优选所述气态污染物包括臭氧、甲醛、一氧化碳、VOCs和SVOCs中的一种或多种。

7.一种空气净化方法，其特征在于，该方法包括：

(1)除去待净化空气中的颗粒物；

(2)在加热条件下，将去除颗粒物的空气与吸附催化剂接触；

(3)可选的，将与吸附催化剂接触后的空气进行加湿；其中，所述吸附催化剂为权利要求5所述的吸附催化剂。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤(2)中所述接触的温度为25-250℃。

9.权利要求7或8所述的空气净化方法在具有空气净化功能的家用电器中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其中，所述家用电器为空气净化器、具有空气净化功能的空调器和除湿器中的一种或多种。