CN105478134A - 一种在常温下净化空气的适用性负载型催化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种常温下净化空气的适用性负载型催化剂，以铜、铈和锰为活性成分，以纳米凹凸棒土或纳米海泡石粉为载体，其中铜、铈和锰的含量占总质量的15％～40％，其摩尔比为1:1:1～1:2:4；经超声波分散1h，在30～50℃条件下搅拌2～4h，在110～120℃下干燥活化5～10h，于马弗炉中在500～800℃下焙烧3～6h后研磨细度至20μ以下；本发明制得的负载型催化剂，具有超强的吸附能力，能持续有效地去除空气中的三苯、甲醛、CO、NO、SO2等有害气体，并且处理效率高，成本低，经济适用性广，不产生二次污染，适用于居家、办公室、宾馆、会议室、家具商场、建材市场等空间污染物的去除。

Description

一种在常温下净化空气的适用性负载型催化剂
技术领域
本发明涉及一种净化空气的负载型催化剂的制备方法，尤其涉及一种在常温下净化空气的适用性负载型催化剂，属于催化剂技术领域。
背景技术
人的一生绝大多数时间生活和工作在室内，室内装修造成的环境污染导致人病、残、死亡的现象已经成为了社会问题，室内环境污染被列入“十大杀手”之一，这些污染气体对人体影响极大，容易导致呼吸道疾病、癌症、白血病、神经疾病，尤其对孕妇、儿童、老人危害严重。
通常，人们习惯于装修后通风两个月，然后入住。但是，室内装修污染主要是甲醛、苯、氨等化学污染物，这类污染物释放期最长达15年，绝非两个月就可以解决问题，在盛夏空调和寒冬暖气的封闭房间内，由于缺乏室外新风，其危害更加严重！当你较长时间在新装修的新家或新的办公室、宾馆、会议室、家具商场、建材市场等地时，你是否会有头痛、眼花、咳嗽、胸闷、恶心、呕吐等症状，这些都是室内隐形杀手空气污染物所造成的。室内空气的主要污染来自建筑、装饰和家具等材料中，包括甲醛、苯、氨等，其中甲醛污染对人体健康的危害最大。
目前市场上净化空气的方法有：1、竹炭、活性炭吸附法，但竹炭、活性炭的吸附能力非常有限，仅对苯有一些作用，对甲醛的吸附效果并不好，且存在吸收饱和的问题，温度低时吸收量相对较大，温度升高又会释放出来。
2、甲醛清除剂或甲醛溶解酶，这些是靠化学反应的方法“除掉”甲醛，这种方法的实质是将目标物质降低毒性或转化为无毒物质，甲醛可以被氧化成甲酸，也可以被还原为甲醇，这两种物质的毒性依然存在，易造成二次污染，而且不可能“一喷永逸”。
3、光触媒法，但光触媒要发挥作用，要有紫外线光来激发，在夜间及无可见光没有任何效果。另外光触媒的粒子非常微小，极易悬浮于空气中，就像灰尘一般无法用肉眼看见，即使吸入亦无法察觉，易造成二次污染，极有可能对人体肺部造成伤害。还有光触媒具有分解有机物质之性能，对任何有机体如真皮制品、毛草及高级衣物、皮肤都有损害作用，而光触媒厂商却绝口不提，也不告知消费者，甚至误导消费者光触媒只要有光就好，如此行为，应受到指责。实际上光触媒对去除空气中的污染气体效果有限，因此发达国家目前极少将它们用作为民用光催化材料。
4、另外等离子技术法是通过放电产生大量等离子体氧化空气中的甲醛以达到净化空气的目的，此法易产生臭氧对空气造成二次污染，且装置复杂，能耗大；传统热催化氧化法是利用催化剂在热能的作用下催化氧化甲醛，然而此法一般需要较高温度。
在常温条件下去除甲醛的负载型催化剂，近年来得到了广泛重视，但是目前室温负载型除甲醛催化剂都含有贵重金属如金、钯、钌、铑、铂，由于贵金属资源稀少，价格昂贵，限制了室温催化氧化法去除甲醛的推广和应用，如专利CN100360224C、CN102284288B、CN103894194A含有贵重金属。如专利CN103599793A、CN103433054A、CN101274281B虽不含贵重金属，但仅对空气VOCS中的甲醛有去除效果，而空气VOCS中除甲醛外还有三苯、氨、一氧化碳、一氧化氮、二氧化硫等污染物，因此开发一种在常温下能有效去除空气中有害物质的经济适用型催化剂非常重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种在常温条件下能去除空气VOCS中的甲醛、三苯、CO、NO、SO2的经济适用性、负载型复合催化剂。
针对上面存在的技术问题，本发明复合催化剂载体选用提纯后的纳米凹凸棒土或纳米海泡石粉，负载锰、铜、铈氧化物制备而成。
纳米凹凸棒土和纳米海泡石粉是种多孔矿晶物质，其微观结构具有独特的晶体规则结构，晶体内大量纳米级孔隙，孔径大小为2.7～9.8埃米，以及微孔表面带极性。由于其纳米级孔径可选择性地吸附纳米级分子直径的苯、二甲苯、甲醛、一氧化碳、二氧化硫、氨等有毒有害物(甲醛、氨、苯、甲苯、二甲苯的分子直径都在0.4～0.62纳米之间，而且这些化合物都是极性分子，就是纳米级的极性化合物)，因此纳米凹凸棒土和纳米海泡石粉孔径具有超强的吸附力和可持续功能。
锰铜复合氧化物能有效处理空气中有害气体如甲醛、三苯、一氧化碳、一氧化氮、二氧化硫；稀土氧化铈具有氧化还原特性、储放氧能力和协同催化作用，在常温下能有效提高锰铜复合氧化物的催化活性，还能提高催化剂的稳定性和抗中毒能力；本发明通过锰铜铈复合氧化物负载纳米凹凸棒土或纳米海泡石粉制得的负载型催化剂，常温下具有超强吸附能力，能把空气中少量的有害气体富集，通过锰铜铈协同催化氧化作用，能有效地去除空气中的有害气体；并且处理效率高，成本低，经济适用性广，不产生二次污染。
为了解决上面所述的技术问题，本发明采取以下技术方案：本发明涉及一种常温下净化空气的适用性负载型催化剂，其特征为：铜、铈和锰为活性成分，载体为纳米凹凸棒土或纳米海泡石粉，其中铜、铈和锰的含量占总质量的15％～40％，其摩尔比为1:1:1～1:2:4。
本发明提出一种常温下净化空气的适用性负载型催化剂的制备方法，制备工艺如下：把纳米凹凸棒土或纳米海泡石粉加入乙醇、去离子水中，搅拌下按摩尔比加入纳米氧化铈，超声波分散1h，制得纳米悬浮液，然后按配方摩尔比加入硝酸铜和硝酸锰的水溶液，在30～50℃条件下搅拌2～4h，除去溶液，在110～120℃下干燥活化5～10h，于马弗炉中在500～800℃下焙烧3～6h后研磨细度至20μ以下。
本发明制得的常温下净化空气的适用性负载型催化剂，具有超强的吸附能力，能持续有效地去除室内装修过程中使用的装潢材料挥发出来的三苯、甲醛、酮、氨、一氧化碳、一氧化氮、二氧化硫等各种有害气体，并且处理效率高，成本低，经济适用性广，不产生二次污染，适用于居家、办公室、宾馆、会议室、家具商场、建材市场等空间污染物的去除。
具体实施方式
实施例1：
称取70g纳米凹凸棒土加入200ml乙醇-水溶液中，搅拌下加入7g纳米氧化铈，超声波分散1h，制得纳米凹凸棒土/氧化铈悬浮液，加入50％硝酸铜水溶液7.5g和50％硝酸锰水溶液40g，在40～50℃条件下搅拌2h，除去溶液，在110℃下干燥活化6h，于马弗炉中在600下焙烧4h后研磨细度至20μ，即制得负载型催化剂，负载量为30％，铜、铈、锰摩尔比为1:2:4。
实施例2：
称取85g纳米海泡石粉加入200ml乙醇-水溶液中，搅拌下加入6g纳米氧化铈，超声波分散1h，制得纳米海泡石粉/氧化铈悬浮液，加入50％硝酸铜水溶液6g和50％硝酸锰水溶液25g，在40～50℃条件下搅拌3h，除去溶液，在120℃下干燥活化6h，于马弗炉中在700下焙烧4h后研磨细度至20μ，即制得负载型催化剂，负载量为20％，铜、铈、锰摩尔比为1:2:3。
实施例3：
称取75g纳米凹凸棒土加入200ml乙醇-水溶液中，搅拌下加入6.5g纳米氧化铈，超声波分散1h，制得纳米凹凸棒土/氧化铈悬浮液，加入50％硝酸铜水溶液14g和50％硝酸锰水溶液37.6g，在40～50℃条件下搅拌2h，除去溶液，在110℃下干燥活化6h，于马弗炉中在700下焙烧4h后研磨细度至20μ，即制得负载型催化剂，负载量为30％，铜、铈、锰摩尔比为1:1:2。
实施例4：
催化剂性能测试：将本发明实例中制得的负载型催化剂置于固定床反应器中，实验条件：气体组成：氧气20％、氮气80％，甲醛气体、苯气体分别由甲醛气体发生器、苯气体发生器产生，由氮气吹入反应体系中，控制甲醛气体浓度为0.05％、苯气体浓度为0.1％，在25℃条件下反应48h后，按GB/T18204.26-2000中第一法：酚试剂分光光度法测试甲醛的含量，按GB/T18883-2002附录B的规定测试苯的含量。三个实施例催化性能甲醛去除率、苯去除率、去除效果持久性测试结果如表1所示。
表1：三个实施例催化性能测试结果
项目 实例1 实例2 实例3
甲醛去除率 95.6％ 92.5％ 94.6％
甲醛去除效果持久性 76.4％ 73.8％ 75.2％
苯去除率 97.5％ 96.2％ 95.6％
苯去除效果持久性 77.5％ 73.6％ 74.8％
实施例5：
催化剂性能测试：将本发明实例中制得的负载型催化剂置于固定床反应器中，实验条件：用气体采样器采取汽车尾气，用干燥器除去尾气中的水份，并测试尾气中CO、NO、SO2的含量；再由氮气吹入反应体系中，在25℃条件下反应48h后，按照标准方法测试CO、NO、SO2的含量。三个实施例催化性能CO去除率、NO去除率、SO2去除率测试结果如表2所示。
表2：三个实施例去除汽车尾气性能测试结果
项目 实例1 实例2 实例3
CO去除率 82.5％ 80.6％ 81.2％
NO去除率 78.4％ 72.6％ 75.3％
SO2去除率 87.2％ 86.5％ 85.4％
尽管本发明已作了详细说明并引证了实施例，但对于本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动，都应该包括在权利要求的范围之内。

Claims (2)

1.一种在常温下净化空气的适用性负载型催化剂，其特征在于：铜、铈和锰为活性成分，载体为纳米凹凸棒土或纳米海泡石粉，其中铜、铈和锰的含量占总质量的15％～40％，其摩尔比为1:1:1～1:2:4。
2.如权利要求1所述的一种在常温下净化空气的适用性负载型催化剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法为：把纳米凹凸棒土或纳米海泡石粉加入乙醇、去离子水中，搅拌下按摩尔比加入纳米氧化铈，超声波分散1h，制得纳米悬浮液，然后按配方摩尔比加入硝酸铜和硝酸锰的水溶液，在30～50℃条件下搅拌2～4h，除去溶液，在110～120℃下干燥活化5～10h，于马弗炉中在500～800℃下焙烧3～6h后研磨细度至20μ以下。
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