CN108479767B - 一种一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂及其制备方法,该催化剂以无定型氧化铝负载贵金属铂的形式存在,具有丰富的表面缺陷,比表面积大,微孔结构发达,其金属铂与铝的摩尔比为1%‑5%,催化剂的比表面积大于300 m2/g。本发明还公开了该大比表面甲醛净化催化剂的制备方法。本发明提供的一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂及其制备方法,制备方法新颖,设备简单,可宏量制备催化剂且成本低廉,本发明公开的净化材料在室温状况下,可将甲醛快速去除,具有原材料丰富、制备工艺简单、成本低、甲醛净化效果好、使用寿命长的优点,可广泛应用在通风管道、新风换气机、空气净化器等设备上。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化和催化剂制备领域,具体地,涉及一种一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂及其制备方法。
背景技术
由于社会的飞速发展,近年来,室内甲醛污染问题引起了全球社会各界的极大关注。室内居住工作环境中的甲醛污染主要来源于建筑装修材料,例如人造板、粘合剂及油漆等;此外,汽车作为生活中必不可少的交通工具,其内饰材料产生的甲醛污染也不可忽视。甲醛作为高危气体,具有易挥发、释放期周期长、来源广泛等三个特点。研究表明,有足够的证据可以证明甲醛能引发人类的鼻咽癌,这种癌症在发达国家比较少见;另外有证据证明甲醛可引发鼻腔癌和鼻窦癌,并有强有力的证据证明甲醛可引起白血病。中国颁布的《室内空气质量标准》(GB/Tl 8883-2002)规定室内空气中甲醛最高允许浓度为0.08 mg/m3,在室温下约为0.06 ppm。而据调查表明,室内装修和家具产生的甲醛浓度远高于室内空气质量标准。因此,室内甲醛的去除势在必行。
常用的甲醛去除手段包括吸附法,光催化法以及催化氧化法。吸附法通常使用活性炭等多孔介质进行吸附,但其吸附容量有限。且随着温度的变化,吸附剂中的甲醛会脱附产生二次污染。光催化法的效率较低,限制了其在生产生活中的广泛应用。与之相比,催化氧化法是净化室内空气中甲醛的长效方法。催化氧化消除甲醛技术的关键在于低成本且低温高效稳定的催化剂的研发。中国专利CN101274281A中表明,其使用以堇青石为载体的复合金属氧化物催化剂,可在室温及高湿度条件下,无需外加光、热、电等能源,将甲醛分解为H2O和CO2。中国专利CN1698932A使用了负载稀土金属氧化物或复合金属氧化物的催化剂,其在80-100℃下可取得较好的催化效果;但是,高湿度和高热量的输入是该技术进行普及应用的巨大障碍。中国专利CN105457654A中公开的一种低贵金属负载量的催化剂,虽具有良好的室温催化效果及稳定性,但其制备过程复杂,制备条件严苛,也将导致生产成本的上升,从而限制其广泛应用。
发明内容
本发明的目的是1:提供一种制备方法简单、比表面积大的高效室温去除甲醛的催化剂,可于室温下将甲醛催化氧化;2:提供上述催化剂的制备方法。
为了达到上述目的,本发明提供了一种一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂,其中,所述的催化剂以无定型氧化铝负载贵金属铂的形式存在,所述催化剂中金属铂与铝的摩尔比为1%-5%。所述催化剂具有丰富的表面缺陷,比表面积大,采用BET方法测得其比表面积大于300 m2/g。BET方法即BET比表面积测试法,BET是三位科学家(Brunauer、Emmett和Teller)的首字母缩写,三位科学家从经典统计理论推导出的多分子层吸附公式基础上,即著名的BET方程,成为了颗粒表面吸附科学的理论基础,并被广泛应用于颗粒表面吸附性能研究及相关检测仪器的数据处理中。
本发明还提供了上述大比表面甲醛净化催化剂的制备方法,所述的方法为:
称取铝盐、氯铂酸、乙酸和异丙醇加入到乙二醇中,在将所得的混合体系超声分散至完全溶解后,转入聚四氟乙烯微型反应釜中,于110~220℃条件下反应12~48小时;反应完毕后,自然冷却至室温;将所得到的固体用去离子水和乙醇交替洗涤至溶液中性无色;再将棕黑色固体在真空干燥箱中烘干;最后将烘干后的产物在300~500℃氢气气氛中焙烧2-5小时得到所述的催化剂。
在上述制备方法中,所述铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝、乙酸铝或异丙醇铝。
在上述制备方法中,所述铝盐的浓度为0.1-0.5 mol/L。
在上述制备方法中,所述催化剂中金属铂与铝的摩尔比为1%-5%。
在上述制备方法中,所述乙酸的用量为50-100 mL。
在上述制备方法中,所述异丙醇的用量为50-100 mL。
在上述制备方法中,所述乙二醇的用量为50-100 mL。
在上述制备方法中,所述超声分散在超声振荡器中进行,所述超声分散的反应温度为30-80 ℃,反应时间为30 min-120 min。
在上述制备方法中,所述烘干是将在真空干燥箱中于70~110℃条件下干燥12~24小时。
本发明提供的一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂及其制备方法具有以下优点:
本发明提供的可在室温条件下催化氧化甲醛的催化剂及其制备过程,其优势在于催化剂制备方法简单,生产成本低,催化剂比表面积大,活性高,因此具有很好的应用普及前景。本发明所提供的甲醛净化材料制备方法反应条件温和、简便易操作且成本较低,具有较高的可行性。净化材料性能重复性比较好,容易实现规模化生产。
附图说明
图1为本发明的一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂及其制备方法的实施例1所制备材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
本发明提供的一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂,该催化剂以无定型氧化铝负载贵金属铂的形式存在,催化剂中金属铂与铝的摩尔比为1%-5%。催化剂具有丰富的表面缺陷,比表面积大,采用BET方法测得其比表面积大于300 m2/g。
本发明还提供了上述大比表面甲醛净化催化剂的制备方法,该方法为:
称取铝盐、氯铂酸、乙酸和异丙醇加入到乙二醇中,在将所得的混合体系超声分散至完全溶解后,转入聚四氟乙烯微型反应釜中,于110~220℃条件下反应12~48小时;反应完毕后,自然冷却至室温;将所得到的固体用去离子水和乙醇交替洗涤至溶液中性无色;再将棕黑色固体在真空干燥箱中烘干;最后将烘干后的产物在300~500℃氢气气氛中焙烧2-5小时得到催化剂。
该方法中,铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝、乙酸铝或异丙醇铝。铝盐的浓度为0.1-0.5 mol/L。催化剂中金属铂与铝的摩尔比为1%-5%。乙酸的用量为50-100 mL。异丙醇的用量为50-100 mL。乙二醇的用量为50-100 mL。
该方法中的超声分散在超声振荡器中进行,超声分散的反应温度为30-80 ℃,反应时间为30 min-120 min。烘干是将在真空干燥箱中于70~110℃条件下干燥12~24小时。。
下面结合实施例对本发明提供的一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂及其制备方法做更进一步描述。然而,本发明的范围并不限于下述实施例。
实施例1:
(1)称取硝酸铝4.095 g、氯铂酸0.307 g、乙酸50 ml和异丙醇50 ml加入到50 ml乙二醇中,该混合体系在30 ℃,超声反应80 min后,转入聚四氟乙烯微型反应釜中,于110℃条件下反应12小时。反应完毕后,自然冷却至室温。将所得到的固体用去离子水和乙醇交替洗涤至溶液中性无色。将棕黑色固体在真空干燥箱中于110℃条件下干燥12小时。烘干后的产物在300 ℃氢气气氛中焙烧3小时。所制备材料的扫描电子显微镜(SEM)照片如图1所示。
实施例2:
(1)称取异丙醇铝20.4 g、氯铂酸2.05 g、乙酸50 ml和异丙醇50 ml加入到100 ml乙二醇中,该混合体系在60 ℃,超声反应30 min后,转入聚四氟乙烯微型反应釜中,于180℃条件下反应24小时。反应完毕后,自然冷却至室温。将所得到的固体用去离子水和乙醇交替洗涤至溶液中性无色。将棕黑色固体在真空干燥箱中于110℃条件下干燥12小时。烘干后的产物在400 ℃氢气气氛中焙烧2小时。
实施例3:
(1)称取氯化铝16.625 g、氯铂酸1.03 g、乙酸100 ml和异丙醇100 ml加入到50ml乙二醇中,该混合体系在80 ℃,超声反应30 min后,转入聚四氟乙烯微型反应釜中,于220℃条件下反应48小时。反应完毕后,自然冷却至室温。将所得到的固体用去离子水和乙醇交替洗涤至溶液中性无色。将棕黑色固体在真空干燥箱中于110℃条件下干燥12小时。烘干后的产物在500 ℃氢气气氛中焙烧3小时。
测试条件:
甲醛氧化反应在固定床石英反应器中进行,将热电偶插入催化剂床层中床层温度。反应气为N2和O2的混合气,由质量流量计控制气体流量。反应气中甲醛浓度为20 ppm,由混合气体通过多聚甲醛固体带出而实现。选用酚试剂法对甲醛的进出口浓度进行采样分析,测量催化剂的净化效率。活性评价结果如表1所示。
表1催化剂活性评价结果。
本发明提供的一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂及其制备方法,其优势在于催化剂制备方法简单,生产成本低,催化剂比表面积大,活性高,因此具有很好的应用普及前景。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂,其特征在于,所述的催化剂以无定型氧化铝负载贵金属铂的形式存在,所述催化剂中金属铂与铝的摩尔比为1%-5%;所述催化剂的比表面积大于300m2/g,当该催化剂的比表面积为325m2/g时,其对甲醛净化率大于99%;所述催化剂通过一锅法制备,称取铝盐、氯铂酸、乙酸和异丙醇加入到乙二醇中,在将所得的混合体系超声分散至完全溶解后,转入聚四氟乙烯微型反应釜中,于110~220℃条件下反应12~48小时;反应完毕后,自然冷却至室温;将所得到的固体用去离子水和乙醇交替洗涤至溶液中性无色;再将棕黑色固体在真空干燥箱中烘干;最后将烘干后的产物在300~500℃氢气气氛中焙烧2-5小时得到所述的催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂,其特征在于,所述铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝、乙酸铝或异丙醇铝。
3.根据权利要求2所述的一种一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂,其特征在于,所述铝盐的浓度为0.1-0.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂,其特征在于,所述乙酸的用量为50-100mL。
5.根据权利要求1所述的一种一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂,其特征在于,所述异丙醇的用量为50-100mL。
6.根据权利要求1所述的一种一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂,其特征在于,所述乙二醇的用量为50-100mL。
7.根据权利要求1所述的一种一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂,其特征在于,所述超声分散在超声振荡器中进行,所述超声分散的反应温度为30-80℃,反应时间为30min-120min。
8.根据权利要求1所述的一种一锅法制备的大比表面甲醛净化催化剂,其特征在于,所述烘干是在真空干燥箱中于70~110℃条件下干燥12~24小时。
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