CN107029778A - 一种常温催化氧化甲醛材料及其制备方法 - Google Patents

一种常温催化氧化甲醛材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种常温催化氧化甲醛材料及其制备方法，特点是包括活性炭颗粒，活性炭颗粒外表面涂覆有由活性组分悬浮液、粘结剂和还原剂组成的涂覆液，制备方法步骤如下：将活性炭粉、生物碱、结构粘合助剂、结构润滑助剂和水经物料混合、成型、烘干、焙烧，得到活性炭颗粒。活性组分由铂化合物、二氧化钛、硝酸盐按一定比例经氧化还原‑沉淀过程一步制得。活性组分加入粘结剂后涂覆于活性炭颗粒上，经烘干、焙烧即可，优点是对高浓度及低浓度甲醛都有较好的净化效果，1h甲醛净化率可达99％以上，可以循环利用，不会造成环境污染。

Description

一种常温催化氧化甲醛材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种甲醛催化材料，尤其是涉及一种常温催化氧化甲醛材料及其制备方法。
背景技术
甲醛是一种对眼睛及呼吸道粘膜有很强刺激性的气体污染物，长期吸入可导致癌变、呼吸道疾病、降低人体免疫力及多种疾病。甲醛污染主要来源于装修或家具中的人造板、油漆中，是深层污染。研究表明：长期接触低浓度甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、月经紊乱、细胞核的基因突变，DNA单链内交连和DNA与蛋白质交连及抑制DNA损伤的修复、妊娠综合症，引起新生儿染色体异常、白血病，引起青少年记忆力和智力下降。在所有接触者中，儿童和孕妇最易受甲醛侵害，危害也较为严重。甲醛为较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。
被人们在生活中称为“隐形杀手”的甲醛，由于其释放周期可长达15年，一般的清除方法很难将其彻底清除。目前常用的净化方法包括活性炭吸附法和催化剂催化分解法。活性炭虽然在一定时间内对甲醛具有较强的吸附能力，但很容易发生吸附饱和，温度升高后还会脱附，造成二次污染。催化剂虽然可以长期稳定的去除甲醛，但单位时间处理量有限、价格昂贵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能提高甲甲醛处理效率、延长使用寿命的常温催化氧化甲醛材料及其制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种常温催化氧化甲醛材料，包括活性炭颗粒，所述的活性炭颗粒外表面涂覆有由活性组分悬浮液、粘结剂和还原剂组成的涂覆液，其中所述的活性炭颗粒、活性组分悬浮液、粘结剂和还原剂的质量比为10～100：5～10：0.1～0.5：0.5～1，所述的活性组分悬浮液由铂化合物、硝酸盐、二氧化钛和水按质量比0.3～0.6：0.5～1：50～80：400～500的比例混合而成。
所述的活性炭颗粒由活性炭粉、生物碱、结构粘合助剂、结构润滑助剂和水按质量比2：1～4.5：0.1～2.5：0.05～0.2：2的比例混合而成。
所述的活性炭粉为煤质碳粉、竹碳粉、椰壳活性炭粉和木质活性炭粉中至少一种；所述的生物碱为荷叶碱、辣椒碱、锁阳生物碱和桑叶DNJ中的至少一种；所述的结构粘合助剂为活性氧化铝、凹凸棒黏土、高岭土和甲基纤维素中的至少一种；所述的结构润滑助剂为聚丙烯酰胺、硬脂酸和甘油中的至少一种。
所述的还原剂为质量浓度为5wt％的甲醛溶液、质量浓度为20wt％的柠檬酸钠或者质量浓度为1wt％的硼氢化钠溶液；所述的粘结剂为聚乙烯醇、拟薄水铝石、水玻璃、硅溶胶和铝溶胶中的至少一种；所述的铂化合物为氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾、二氯化铂和四氨合氯化铂中的至少一种；所述的硝酸盐为硝酸铁、硝酸锰和硝酸铜中的至少一种。
上述常温催化氧化甲醛材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取一定量的活性炭粉、生物碱、结构粘合助剂、结构润滑助剂和水混合均匀后通过挤出机挤压成型后，于100～110℃烘箱烘干后，再经400～500℃氮气氛焙烧制得活性炭颗粒；
(2)将铂化合物、硝酸盐、二氧化钛加入一定量的水中，搅拌制得活性组分悬浮液；其中所述的活性组分悬浮液由铂化合物、硝酸盐、二氧化钛和水按质量比0.3～0.6：0.5～1：50～80：400～500的比例混合而成；
(3)将还原剂加入步骤(2)所述的活性组分悬浮液中，待反应结束后加入粘结剂，继续搅拌，得到涂覆液；
(4)将步骤(3)所述的涂覆液均匀涂于步骤(1)所述的活性炭颗粒表面，然后于100～110℃烘箱烘干后，再经500～600℃氮气氛焙烧即得到常温催化氧化甲醛材料，其中所述的活性炭颗粒、活性组分悬浮液、粘结剂和还原剂的质量比为10～100：5～10：0.1～0.5：0.5～1。
步骤(1)中所述的活性炭粉、生物碱、结构粘合助剂、结构润滑助剂和水的质量比为2：1～4.5：0.1～2.5：0.05～0.2：2。
所述的活性炭粉为煤质碳粉、竹碳粉、椰壳活性炭粉和木质活性炭粉中至少一种；所述的生物碱为荷叶碱、辣椒碱、锁阳生物碱和桑叶DNJ中的至少一种；所述的结构粘合助剂为活性氧化铝、凹凸棒黏土、高岭土和甲基纤维素中的至少一种；所述的结构润滑助剂为聚丙烯酰胺、硬脂酸和甘油中的至少一种。
步骤(2)所述的铂化合物为氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾、二氯化铂和四氨合氯化铂中的至少一种；所述的硝酸盐为硝酸铁、硝酸锰和硝酸铜中的至少一种。
步骤(3)所述的还原剂为质量浓度为5wt％的甲醛溶液、质量浓度为20wt％的柠檬酸钠或者质量浓度为1wt％的硼氢化钠溶液；所述的粘结剂为聚乙烯醇、拟薄水铝石、水玻璃、硅溶胶和铝溶胶中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种常温催化氧化甲醛材料及其制备方法，该材料将室内气体污染物甲醛在净化材料的吸附与催化氧化作用下转化成无害的水和二氧化碳，不会产生二次污染。在室温条件下，对高浓度及低浓度甲醛都有较好的净化效果，1h甲醛净化率可达99％以上，除此之外所述常温甲醛催化材料还具有较好的去除异味的功效。本发明制备常温催化氧化甲醛材料的方法，通过吸附与催化相结合且催化剂包覆吸附剂颗粒的方式，既弥补了活性炭吸附容量有限、容易饱和的缺点，延长了寿命，又解决了传统催化剂单位时间内对甲醛处理量较低的问题，并显著降低了成本。且制备工艺简单、低能耗、低成本；应用到的原材料及制备过程采用的化学助剂性能稳定，可以循环利用，不会造成环境污染。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
一、具体实施例
实施例1
一种常温催化氧化甲醛材料，包括活性炭颗粒，该活性炭颗粒外表面涂覆有由活性组分悬浮液、粘结剂和还原剂组成的涂覆液，其具体制备方法步骤如下：
(1)将木质活性炭粉、辣椒碱、凹凸棒黏土、甘油和去离子水按质量比为2：2.5：1.5：0.1：2混合均匀后通过挤出机挤出成型，待捏合均匀后通过挤条机挤压成型，先经过105℃烘箱烘干，然后再通过450℃氮气氛焙烧制得活性炭颗粒；
(2)将氯铂酸、硝酸铜、二氧化钛加入一定量的水中，搅拌均匀制得活性组分悬浮液；其中活性组分悬浮液由氯铂酸、硝酸铜、二氧化钛和水按质量比0.45：0.8：65：450的比例混合而成；
(3)将质量浓度为20wt％的柠檬酸钠溶液加入活性组分悬浮液中，待反应结束后加入聚乙烯醇，继续搅拌得到涂覆液；
(4)将涂覆液均匀涂覆于活性炭颗粒表面，待涂覆结束后先经过105℃烘箱烘干，然后在通过550℃氮气氛焙烧，即得到常温催化氧化甲醛材料，其中活性炭颗粒、活性组分悬浮液、聚乙烯醇和质量浓度为20wt％的柠檬酸钠溶液的质量比为50：8：0.3：0.8。
实施例2
一种常温催化氧化甲醛材料，包括活性炭颗粒，该活性炭颗粒外表面涂覆有由活性组分悬浮液、粘结剂和还原剂组成的涂覆液，其具体制备方法步骤如下：
(1)将椰壳活性炭粉、荷叶碱、甲基纤维素、硬脂酸和去离子水按质量比为2：4.5：0.1：0.2：2混合均匀后通过挤出机挤出成型，待捏合均匀后通过挤条机挤压成型；先经过110℃烘箱烘干，然后在通过500℃氮气氛焙烧焙烧制得活性炭颗粒；
(2)将二氯化铂、硝酸锰和二氧化钛加入一定量的水中，搅拌均匀制得活性组分悬浮液；其中活性组分悬浮液由二氯化铂、硝酸锰、二氧化钛和水按质量比0.6：1：80：500的比例混合而成；
(3)将质量浓度为1wt％的硼氢化钠溶液加入活性组分悬浮液中，待反应结束后加入拟薄水铝石，继续搅拌得到涂覆液；
(4)将涂覆液均匀涂覆于活性炭颗粒表面，待涂覆结束后先经过110℃烘箱烘干，然后在通过600℃氮气氛焙烧，即得到常温催化氧化甲醛材料，其中活性炭颗粒、活性组分悬浮液、拟薄水铝石和质量浓度为1wt％的硼氢化钠溶液的质量比为10：5：0.1：0.5。
实施例3
一种常温催化氧化甲醛材料，包括活性炭颗粒，该活性炭颗粒外表面涂覆有由活性组分悬浮液、粘结剂和还原剂组成的涂覆液，其具体制备方法步骤如下：
(1)将煤质碳粉、桑叶DNJ、活性氧化铝、聚丙烯酰胺、去离子水按质量比为2：1：2.5：0.05：2混合均匀后通过挤出机挤出成型，待捏合均匀后通过挤条机挤压成型；先经过100℃烘箱烘干，然后在通过400℃氮气氛焙烧焙烧制得活性炭颗粒；
(2)将氯铂酸钠、硝酸铁和二氧化钛加入一定量的水中，搅拌均匀制得活性组分悬浮液；其中活性组分悬浮液由氯铂酸钠、硝酸铁、二氧化钛和水按质量比0.3：0.5：50：400的比例混合而成；
(3)将质量浓度为5wt％的甲醛溶液加入活性组分悬浮液中，待反应结束后加入水玻璃，继续搅拌得到涂覆液；
(4)将涂覆液均匀涂覆于活性炭颗粒表面，待涂覆结束后先经过100℃烘箱烘干，然后在通过500℃氮气氛焙烧，即得到常温催化氧化甲醛材料，其中活性炭颗粒、活性组分悬浮液、水玻璃和质量浓度为5wt％的甲醛溶液的质量比为100：10：0.5：1。
除上述实施例外，活性炭粉还可以为竹碳粉，或者煤质碳粉、竹碳粉、椰壳活性炭粉和木质活性炭粉的任意组合；生物碱还可以为锁阳生物碱，或者荷叶碱、辣椒碱、锁阳生物碱和桑叶DNJ的任意组合；结构粘合助剂还可以为高岭土，或者活性氧化铝、凹凸棒黏土、高岭土和甲基纤维素的任意组合；结构润滑助剂还可以为聚丙烯酰胺、硬脂酸和甘油的任意组合；粘结剂还可以为硅溶胶，或者铝溶胶，或者聚乙烯醇、拟薄水铝石、水玻璃、硅溶胶和铝溶胶的任意组合；铂化合物还可以为氯铂酸钾，或者四氨合氯化铂，或者氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾、二氯化铂和四氨合氯化铂的任意组合；硝酸盐还可以为硝酸铁、硝酸锰和硝酸铜中的任意组合。
二、对比试验
对比例1
将椰壳活性炭粉、荷叶碱、甲基纤维素、硬脂酸和去离子水按质量比为2：4.5：0.1：0.2：2混合均匀后通过挤出机挤出成型，待捏合均匀后通过挤条机挤压成型；先经过110℃烘箱烘干，然后在通过500℃氮气氛焙烧焙烧制得活性炭颗粒。
对比例2
(1)将二氯化铂、硝酸锰和二氧化钛加入一定量的水中，搅拌均匀制得活性组分悬浮液；其中活性组分悬浮液由二氯化铂、硝酸锰、二氧化钛和水按质量比0.6：1：80：500的比例混合而成；
(2)将质量浓度为1wt％的硼氢化钠溶液加入活性组分悬浮液中，待反应结束后加入拟薄水铝石，继续搅拌得到涂覆液；
(3)将涂覆液均匀涂覆于氧化铝陶瓷颗粒表面，待涂覆结束后先经过110℃烘箱烘干，然后在通过600℃氮气氛焙烧制得甲醛催化材料。
性能测试
为考察本发明制备的催化剂在室温下催化氧化甲醛效果，将相同质量的实施例1～3、对比例1～2制备的净化材料分别装入滤网中封装，装入风量400m/h空气净化器中，按GB/T18801-2008中《气态污染物的洁净空气量试验方法》进行甲醛一小时去除率测试，同时进行了10小时、100小时和500小时甲醛去除率测试。测试结果如表1所示，其中净化效率＝(初始浓度-测试浓度)*100％/初始浓度。由表1可以看出，实施例1～3均能够有效地使甲醛在室温下进行催化氧化，而对比例1～2则效果较差。这说明本专利提供的常温催化氧化甲醛材料及制备方法通过吸附与催化相结合且催化剂包覆活性炭颗粒的方式，吸附效果明显优于传统的活性炭吸附方式和催化剂催化氧化方式且使用寿命也得到了大幅提高。
表1 室温甲醛催化氧化的性能测试结果
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
1小时净化率(％) 99.8％ 99.95％ 99.2％ 30％ 57％
10小时净化率(％) 90％ 93％ 91％ 20％ 50％
100小时净化率(％) 81％ 88％ 80％ 8％ 30％
500小时净化率(％) 68％ 78％ 65％ 0％ 0％
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明保护范围。

Claims (9)

1.一种常温催化氧化甲醛材料，其特征在于：包括活性炭颗粒，所述的活性炭颗粒外表面涂覆有由活性组分悬浮液、粘结剂和还原剂组成的涂覆液，其中所述的活性炭颗粒、活性组分悬浮液、粘结剂和还原剂的质量比为10～100：5～10：0.1～0.5：0.5～1，所述的活性组分悬浮液由铂化合物、硝酸盐、二氧化钛和水按质量比0.3～0.6：0.5～1：50～80：400～500的比例混合而成。
2.根据权利要求1所述的一种常温催化氧化甲醛材料，其特征在于：所述的活性炭颗粒由活性炭粉、生物碱、结构粘合助剂、结构润滑助剂和水按质量比2：1～4.5：0.1～2.5：0.05～0.2：2的比例混合而成。
3.根据权利要求2所述的一种常温催化氧化甲醛材料，其特征在于：所述的活性炭粉为煤质碳粉、竹碳粉、椰壳活性炭粉和木质活性炭粉中至少一种；所述的生物碱为荷叶碱、辣椒碱、锁阳生物碱和桑叶DNJ中的至少一种；所述的结构粘合助剂为活性氧化铝、凹凸棒黏土、高岭土和甲基纤维素中的至少一种；所述的结构润滑助剂为聚丙烯酰胺、硬脂酸和甘油中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种常温催化氧化甲醛材料，其特征在于：所述的还原剂为质量浓度为5wt％的甲醛溶液、质量浓度为20wt％的柠檬酸钠或者质量浓度为1wt％的硼氢化钠溶液；所述的粘结剂为聚乙烯醇、拟薄水铝石、水玻璃、硅溶胶和铝溶胶中的至少一种；所述的铂化合物为氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾、二氯化铂和四氨合氯化铂中的至少一种；所述的硝酸盐为硝酸铁、硝酸锰和硝酸铜中的至少一种。
5.一种根据权利要求1所述的常温催化氧化甲醛材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)称取一定量的活性炭粉、生物碱、结构粘合助剂、结构润滑助剂和水混合均匀后通过挤出机挤压成型后，于100～110℃烘箱烘干后，再经400～500℃氮气氛焙烧制得活性炭颗粒；
(2)将铂化合物、硝酸盐、二氧化钛加入一定量的水中，搅拌制得活性组分悬浮液；其中所述的活性组分悬浮液由铂化合物、硝酸盐、二氧化钛和水按质量比0.3～0.6：0.5～1：50～80：400～500的比例混合而成；
(3)将还原剂加入步骤(2)所述的活性组分悬浮液中，待反应结束后加入粘结剂，继续搅拌，得到涂覆液；
(4)将步骤(3)所述的涂覆液均匀涂于步骤(1)所述的活性炭颗粒表面，然后于100～110℃烘箱烘干后，再经500～600℃氮气氛焙烧即得到常温催化氧化甲醛材料，其中所述的活性炭颗粒、活性组分悬浮液、粘结剂和还原剂的质量比为10～100：5～10：0.1～0.5：0.5～1。
6.根据权利要求5所述的一种常温催化氧化甲醛材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的活性炭粉、生物碱、结构粘合助剂、结构润滑助剂和水的质量比为2：1～4.5：0.1～2.5：0.05～0.2：2。
7.根据权利要求6所述的一种常温催化氧化甲醛材料的制备方法，其特征在于：所述的活性炭粉为煤质碳粉、竹碳粉、椰壳活性炭粉和木质活性炭粉中至少一种；所述的生物碱为荷叶碱、辣椒碱、锁阳生物碱和桑叶DNJ中的至少一种；所述的结构粘合助剂为活性氧化铝、凹凸棒黏土、高岭土和甲基纤维素中的至少一种；所述的结构润滑助剂为聚丙烯酰胺、硬脂酸和甘油中的至少一种。
8.根据权利要求5所述的一种常温催化氧化甲醛材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的铂化合物为氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾、二氯化铂和四氨合氯化铂中的至少一种；所述的硝酸盐为硝酸铁、硝酸锰和硝酸铜中的至少一种。
9.根据权利要求5所述的一种常温催化氧化甲醛材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的还原剂为质量浓度为5wt％的甲醛溶液、质量浓度为20wt％的柠檬酸钠或者质量浓度为1wt％的硼氢化钠溶液；所述的粘结剂为聚乙烯醇、拟薄水铝石、水玻璃、硅溶胶和铝溶胶中的至少一种。
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