CN105498525B - 一种去除空气中甲醛有害成分的催化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种去除空气中甲醛的催化净化系统，属于有害气体控制技术领域。选择弱电场高效催化材料负载多孔性电极，接入电路中，一端与负极相连，另一端与电阻相连，构建的新的空气净化除甲醛系统，在毫伏范围的电压作用下进行催化净化反应；当弱电耦合光照的作用，发生气相光电催化反应；采用磷酸银负载导电电极材料接入电路的弱电催化系统，在室温条件下去除有害气体，催化净化效果显著。电催化作用室温下去除有害甲醛气体，加光照后净化效率进一步提高。本发明的益处是处于mV范围的弱电催化或者耦合光电催化在室温条件下高效净化空气，节能降耗，易于实现。

Description

一种去除空气中甲醛有害成分的催化系统
技术领域
本发明属于有害气体净化领域，提供了一种去除空气中甲醛有害成分的催化系统，用硅溶胶将催化材料磷酸银负载于导电电极表面对有害气体进行处理。利用负载Ag3PO4催化剂的导电材料作为电极和弱电体系并耦合光催化提高催化剂的催化性能，从而有效的降解甲醛等有害物质。
背景技术
当前社会，有害气体的治理一直是困扰环境领域专家的难题。工业领域的有害气体治理已经取得不错的效果，例如：电力工业燃煤产生的硫氧化物、氮氧化物等有害气体可以通过工业催化剂的大量使用取得较好的去除效率。脱硫、脱销工艺相对来说已经趋向成熟。但是相对低含量的室内有害气体甲醛却很难找到一种催化剂或者一种工艺来有效的治理。室内有害气体甲醛分散广、种类多、含量低，目前室内催化剂吸附及降解有害气体也取得一定效果，但大都需要高温条件来做基础。而且室内有害气体的研究较少，也是进展缓慢的原因之一。因而，在室温环境下有效净化存在的有害气体甲醛便成为解决室内有害气体的关键之处。
通过研究，在高效催化剂的基础上引入弱电体系，可以有效的促进催化剂产生具有高活性的自由基，从而将甲醛、室内氮氧化物等有害气体降解成对环境和人体无害的水、氮气、二氧化碳等，起到净化空气的作用，Huang等制备出具有电催化功能的蜂巢状电池的结构体，利用其电催化性能对氮氧化物的去除效果良好，在高浓度氧气作用下实现了氮氧化物转化为N2和O2。制备纳米催化剂，纳米材料具有良好的性能。大的比表面积、微孔结构等都能使其吸附更多的目标物，在其产生自由基之后与有害分子物质反应达到降解有害气体分子的目标。
纳米技术已经成为材料领域的热点课题，纳米材料的研究已经取得了巨大的进展并很好的应用在生活、生产中。纳米催化剂应用于有害气体的降解已经有前人研究并取得了一定的成果。Wang等用KIT-6做模板合成了介孔钴、锰复合金属氧化物，它对甲醛具有很高的“储存”能力，可在70℃将甲醛完全催化氧化。Tang等用共沉淀法合成了Pt/MnOx-CeO2催化剂，室温下可将甲醛完全降解。Au0.5Pt0.5/MnO2催化剂表现出最好的甲醛催化降解性能，可将甲醛完全降解。有人研究发现磷酸银具有很好的纳米性能，应用在燃料废水方面取得了良好的效果。
发明内容
本发明在单一催化剂催化氧化降解甲醛的基础上加入弱电系统，可以有效降解甲醛，外加光照形成光电协同催化的体系，进一步提高降解甲醛的效率。弱电场中选择负载Ag3PO4催化剂的导电电极接入电路中，一端与负极相连，另一端与电阻相连，构建的新的空气净化除甲醛系统，在毫伏范围的电压作用下进行催化净化反应；当弱电耦合光照的作用，发生气相光电催化反应。采用负载Ag3PO4的导电电极接入电路的弱电催化系统，在室温条件下去除有害气体，催化净化效果显著。本发明旨在解决现有研究中，催化氧化降解效率低、所需反应温度高的问题。通过光电催化耦合达到室温状态下就能够将甲醛等对人体有害的气体彻底净化。
本发明的技术方案：一种去除空气中甲醛有害成分的催化系统，负载Ag3PO4催化剂的导电电极一端与电源负极相连，另一端与电阻相连。外加光源照射产生活化物质降解空气中的有害气体甲醛。
一种去除空气中甲醛有害成分的催化系统，包括电路系统、气路系统和光照系统；
电路系统：电源阴极、负载Ag3PO4催化剂的导电电极、开关、电阻和电源正极依次相连形成闭合电路，负载Ag3PO4催化剂的导电电极位于反应器内，使其与反应器内的甲醛充分接触，电路系统的其他部分在反应器外，反应器内外通过导线相连；所述的反应器为透明材质；
气路系统：反应器、气泵和检测器依次通过气路管道连接形成了封闭循环系统，含有甲醛的气体在气路系统中循环流动，反应器中放置负载Ag3PO4催化剂的导电电极，进行降解反应；
光照系统：在反应器的上部放置钨卤素灯，调整钨卤素灯照射负载Ag3PO4催化剂的导电电极的整个外表面。
所述的负载Ag3PO4催化剂的导电电极为螺旋状，为了增大单位长度的表面积，从而提高催化剂对甲醛等有害气体的净化效率。
一种去除空气中甲醛有害成分的催化系统所用的负载Ag3PO4催化剂的导电电极的制备方法，步骤如下：
(1)制备磷酸银催化剂：硝酸银与磷酸钠发生化合反应制备磷酸银催化剂；
(2)制备负载Ag3PO4催化剂的导电电极
A.制备硅溶胶：正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、浓盐酸四种物质按照比例混合制备所需的硅溶胶；
B.导电载体预处理：将导电材料做成10cm*1cm薄片电极状，先后使用丙酮、无水乙醇浸泡，烘干；
C.在导电载体上负载Ag3PO4：磷酸银催化剂加入到硅溶胶中，搅拌均匀，将其涂到预处理完毕的导电载体上，恒温烘干，得到负载Ag3PO4催化剂的导电电极。
本发明的有益效果：本发明催化系统为光电催化系统，使有害气体依次经过反应器、气泵和检测器，在反应器内有害物质发生氧化还原反应，从而被降解。通过检测器可以得到有害气体的浓度变化等数据，进一步分析降解效果。本发明的耦合系统不但可以有效降解甲醛等挥发性有机污染物，还可以通过光电耦合系统来去除空气中的臭氧、氮氧化物等有害物质。
附图说明
图1是耦合系统对甲醛的降解图。
图2是净化工艺连接图。
图中：横坐标是时间，纵坐标是甲醛浓度。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
实施例一：耦合系统中不锈钢导电体负载磷酸银降解甲醛气体
1.磷酸银催化剂：称取5.01g AgNO3粉末溶于30ml去离子水中得到硝酸银溶液，再称取11.4g Na3PO4·12H2O溶于90ml去离子水中并迅速搅拌，在迅速搅拌的条件下将硝酸银溶液缓缓加入其中，得到黄色沉淀物质。将所得产物经抽滤、水洗5次后放置于干燥箱中干燥，恒温70℃直到烘干为止。所得粉末即为Ag3PO4催化剂。
2.负载Ag3PO4催化剂的导电电极的制备
A.制备硅溶胶：向烧杯A中加入一定体积的无水乙醇与正硅酸乙酯，另一只烧杯B中加入浓盐酸与去离子水，然后在搅拌下将烧杯B中的混合液缓慢滴加到烧杯A中，继续搅拌0.5h，其中正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、浓盐酸的体积比为：1:2.23:2:0.55。
B.不锈钢网预处理：将不锈钢网做成20cm*2cm，然后先后使用丙酮、无水乙醇浸泡2h，之后放烘箱中干燥，放置备用。
C.在导电材料上上负载Ag3PO4，得到电极：取一定量的催化剂加入到硅溶胶溶液中，搅拌10min，使用刷子将光催化剂均匀地涂到预处理之后的不锈钢网上，放在表面皿中恒温50℃烘干，所得即为含催化剂的电极。
3.连接耦合系统开始降解反应
将负载Ag3PO4催化剂的不锈钢网两端连接好导线，且与电压为3V的电池、阻值为200欧姆的电阻相连形成电流回路。将负载Ag3PO4催化剂的不锈钢网放在反应器中，做好密闭措施，保证气路通畅且密封。将甲醛标准管中的甲醛气体抽吸到反应器中作为气源，确保反应器中有一定浓度的甲醛有害气体。测定初始甲醛浓度值并记录。开启空气泵使反应器内的有害气体混合均匀，闭合电路开关、打开50w功率的钨卤素灯照射负载着磷酸银催化剂的不锈钢网，从而激发出活性物质。每隔合适的一小段时间用甲醛快速测定仪检测反应器内甲醛的浓度，并根据得到的数据分析甲醛的降解情况，得出结论。
实施例二：耦合系统中碳布作为导电载体负载磷酸银降解甲醛气体
将碳布裁剪成20cm*2cm大小的条状薄片状，预处理方法同上，所用催化剂的制备同上。将催化剂均匀的涂敷到碳布载体上，连接好电路系统和气路系统。将甲醛标准管中的气体抽吸到反应器中作为气源，测定甲醛初始浓度并记录。开启电路开关和空气泵，打开50W钨卤素灯开始照射负载Ag3PO4催化剂的导电电极。每隔一段时间用甲醛快速检测仪测定反应器内的甲醛浓度，记录数值并分析。碳布作为载体的系统不但可以通过催化剂催化氧化降解甲醛，还能够通过碳布的吸附作用来降低反应器内甲醛的浓度。
从图1中可以看出，开启开关开始对甲醛降解。0分钟时表示初始浓度，随着催化时间的增长甲醛的浓度开始降低，可以看出前15分钟甲醛的浓度急剧下降，表明耦合系统对甲醛的降解速度是很快的。最高的降解效率可以达到64.3％。光电催化降解有害气体甲醛是可行的。另外，通过实验验证，在光照射和无光照射的条件下进行，有光照射和无光照射对甲醛的降解效率和降解速度有很大影响。可见光电耦合催化比单纯的电催化效果好，加入光源可以提高降解效率。

Claims (2)

1.一种去除空气中甲醛有害成分的催化系统，其特征在于，所述的催化系统包括电路系统、气路系统和光照系统；
电路系统：电源阴极、负载Ag3PO4催化剂的导电电极、开关、电阻和电源正极依次相连形成闭合电路，负载Ag3PO4催化剂的导电电极位于反应器内，使其与反应器内的甲醛充分接触，电路系统的其他部分在反应器外，反应器内外通过导线相连；所述的反应器为透明材质；
气路系统：反应器、气泵和检测器依次通过气路管道连接形成了封闭循环系统，含有甲醛的气体在气路系统中循环流动，反应器中放置负载Ag3PO4催化剂的导电电极，进行降解反应；
光照系统：在反应器的上部放置钨卤素灯，调整钨卤素灯照射负载Ag3PO4催化剂的导电电极的整个外表面。
2.根据权利要求1所述的催化系统，其特征在于，所述的负载Ag3PO4催化剂的导电电极为螺旋状。
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