CN108816040B - 一种原位焦耳热热催化降解甲醛的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种导电多孔材料，包括：多孔材料；包覆在所述多孔材料表面的石墨烯；负载在所述多孔材料中的热催化甲醛的催化剂。本发明提供了一种原位焦耳热热催化降解甲醛的装置，包括两个导电多孔材料；分别设置在两个导电多孔材料上的正负电极；填充在两个导电多孔材料之间的物理吸附剂，所述正负电极与电源连通，使两个导电多孔材料之间形成回路。本发明提供的原位焦耳热热催化降解甲醛的装置能够在非常低的功率下，迅速达到热催化降解甲醛所需的温度，能够实现原位加热催化效应，大大降低了热传导等途径所造成的热量损失。本发明提供的装置结构简单、可加工性强，价格低廉。本发明还提供了一种原位焦耳热热催化降解甲醛的方法。

Description

一种原位焦耳热热催化降解甲醛的装置及方法
技术领域
本发明涉及治理环境污染技术领域，尤其涉及一种导电多孔材料、原位焦耳热热催化降解甲醛的装置及方法。
背景技术
甲醛是室温最主要的挥发污染物之一，它可以从木质的家具、地板和一些绝缘层等地方释放出来，而且释放时间最长能够达到30年。这些释放源的存在会让室内甲醛浓度长期处在远超过WTO所限的安全甲醛的浓度，而这种高浓度甲醛的环境会对人类的呼吸道，眼睛及神经系统带来较大的损害。
目前，室内甲醛的去除方法主要集中在物理吸附领域，其原理是通过物理吸附材料如活性炭等将室内的甲醛吸附，从而达到降低室内甲醛浓度的效果。但是，物理吸附材料具有最大吸附量，且会受到环境温度、湿度等影响造成更大的危害。
因此，寻求一种有效的除甲醛方法成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种导电多孔材料、原位焦耳热热催化降解甲醛的装置及方法，本发明提供的装置结构简单、能耗低，具有良好的除甲醛效果。
本发明提供了一种导电多孔材料优选包括：
多孔材料；
包覆在所述多孔材料表面的石墨烯；
负载在所述多孔材料中的热催化降解甲醛的催化剂。
在本发明中，所述多孔材料优选为海绵或布类材料，所述布类材料优选为棉布类材料，更优选为矿物棉、涤纶布、矿物布或石英棉布；所述海绵优选为密胺海绵。本发明对所述多孔材料的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得。
在本发明中，所述石墨烯在所述导电多孔材料中的含量优选为0.035~0.055mg/cm3，更优选为0.045mg/cm3~0.055mg/cm3，最优选为0.048mg/cm3~0.052mg/cm3。
在本发明中，所述导电多孔材料的导电率优选为0.1~0.3S/m，更优选为0.15~0.25S/m，最优选为0.18~0.22S/m。
在发明中，所述负载的方式优选为喷涂、旋涂或浸润。在本发明中，所述热催化降解甲醛的催化剂的负载量优选为20~40mg/cm3，更优选为25~35mg/cm3，最优选为28~32mg/cm3。
在本发明中，所述热催化降解甲醛的催化剂优选为非贵金属催化剂，更优选为过渡金属氧化物催化剂，所述过渡金属优选为Cu、Co、Mn和Ce中的一种或几种；更优选为MnO2-CeO2催化剂、MnxCo3−xO4催化剂，x为1~2或Co3O4，最优选为Co3O4。本发明对于所述热催化降解甲醛的催化剂没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际情况选择合适的能够热催化降解甲醛的催化剂即可，综合考虑成本以及热催化降解甲醛的条件，本发明选择非贵金属的能够热催化降解甲醛的催化剂即可。
在本发明中，所述热催化降解甲醛的催化剂优选为粉末状催化剂。本发明对所述热催化降解甲醛的催化剂的来源没有特殊的限制，可按照本领域技术人员熟知的方法制备得到，所述MnO2-CeO2催化剂的制备方法优选为：
将Mn(NO3)2.6H2O, KMnO4和 (NH4)2Ce(NO3)6配制成混合溶液；
将所述混合溶液水浴加热后调节pH值，得到母液；
将所述母液进行熟化、过滤、干燥和煅烧，得到MnO2-CeO2催化剂。
在本发明中，所述混合溶液中Mn(NO3)2.6H2O的浓度优选为0.04~0.08mol/L，更优选为0.05~0.06mol/L，最优选为0.07mol/L；所述混合溶液中KMnO4的浓度优选为0.02~0.06mol/L，更优选为0.03~0.05mol/L，最优选为0.04mol/L；所述混合溶液中(NH4)2Ce(NO3)6的浓度优选为0.05~0.15mol/L，更优选为0.08~0.12mol/L，最优选为0.1mol/L。
在本发明中，所述水浴加热的温度优选为45~55℃，更优选为48~52℃，最优选为50℃。
在本发明中优选采用碱液调节pH值，所述碱液的浓度优选为1~3mol/L，更优选为1.5~2.5mol/L，最优选为2mol/L；所述碱液优选为KOH溶液，所述pH值优选调节至10~11，更优选为10.2~10.8，更优选为10.4~10.6，最优选为10.5。
在本发明中，所述熟化的温度优选为45~55℃，更优选为48~52℃，最优选为50℃；所述熟化的时间优选为1~3小时，更优选为1.5~2.5小时，最优选为2小时。
在本发明中，所述干燥的方法优选为烘干，所述干燥的温度优选为80~120℃，更优选为90~110℃，最优选为100℃；所述干燥的时间优选为4~8小时，更优选为5~7小时，最优选为6小时。
在本发明中，所述煅烧的温度优选为480~520℃，更优选为490~510℃，最优选为500℃；所述煅烧的时间优选为4~8小时，更优选为5~7小时，最优选为6小时。
在本发明中，所述导电多孔材料的制备方法优选为：
制备包覆有石墨烯的多孔材料；
在所述包覆有石墨烯的多孔材料上负载热催化降解甲醛的催化剂。
在本发明中，所述包覆有石墨烯的多孔材料的制备方法优选为：
对所述包覆有氧化石墨烯的多孔材料进行还原，得到包覆有石墨烯的多孔材料。
在本发明中，所述包覆有氧化石墨烯的多孔材料的制备方法优选为：
将多孔材料浸入氧化石墨烯溶液中然后进行离心分离，得到包覆有氧化石墨烯的多孔材料。
在本发明中，所述多孔材料与上述技术方案所述多孔材料一致，在此不再赘述。本发明对所述多孔材料的尺寸的没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际去除甲醛的浓度或体积选择合适尺寸的多孔材料。
在本发明中，所述氧化石墨烯溶液的浓度优选为0.5~5mg/mL，更优选为1~4mg/mL，最优选为2~3mg/mL。本发明对所述氧化石墨烯溶液的制备方法没有特殊的限制，按照本领域技术人员熟知的方法制备得到即可。在本发明中，所述氧化石墨烯溶液的制备方法优选为：
将石墨片按照modifiedhummersmethod方法制备得到氧化石墨烯溶液。
在本发明中，所述离心分离的转速优选为25000~35000转/分，更优选为28000~32000转/分，最优选为30000转/分。
在本发明中，优选将所述包覆有氧化石墨烯的多孔材料烘干再进行还原。在本发明中，所述还原的试剂优选为HI溶液；所述还原的温度优选为90~100℃，更优选为92~98℃，最优选为94~96℃；所述还原的时间优选为1~10s，更优选为2~8s，最优选为3~6s。
在本发明中，所述还原完成后优选将得到的还原产物清洗后干燥，得到包覆石墨烯的多孔材料。在本发明中，所述清洗的试剂优选为乙醇和水；所述干燥的设备优选为烘箱，所述干燥的温度优选为200~220℃，更优选为205~215℃，最优选为210℃；所述干燥的时间优选为2~4小时，更优选为2.5~3.5小时，最优选为3小时。
在本发明中，所述负载热催化降解甲醛的催化剂的方法优选为：
将所述热催化降解甲醛的催化剂分散在溶剂中后加入粘结剂，得到混合溶液；
将所述混合溶液喷涂、旋涂或浸润在上述包覆有石墨烯的多孔材料上，然后干燥。
在本发明中，所述分散的方法优选为超声分散，所述溶剂优选为乙醇溶液；所述粘结剂优选为萘酚。在本发明中，所述干燥的方法优选为烘干，所述干燥的温度优选为60~100℃，更优选为70~90℃，最优选为80℃。在本发明中，所述干燥过程中优选多次翻转多孔材料以使催化剂能够较为均匀的分布在多孔材料中。
本发明提供了一种原位焦耳热热催化降解甲醛的装置，包括：
两个导电多孔材料，所述导电多孔材料为上述技术方案所述的多孔材料；
分别设置在两个导电多孔材料上的正负电极；
填充在两个导电多孔材料之间的物理吸附剂；
所述正负电极与电源连通，使两个导电多孔材料之间形成回路。
在本发明中，所述导电多孔材料与上述技术方案所述导电多孔材料一致，在此不再赘述；所述两个导电多孔材料可以相同也可以不同。
在本发明中，所述正负电极优选独立的选自银电极、铜电极、碳电极或石墨电极，更优选为铜电极、碳电极或石墨电极。本发明对所述正负电极设置在所述导电多孔材料上的位置没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际情况在导电多孔材料上选择合适的位置设置正负电极，所述正负电极优选设置在所述导电多孔材料的侧面。
在本发明中，所述物理吸附剂优选为在室温吸附甲醛，在高温脱附甲醛的吸附剂，所述高温优选为40~150℃，更优选为50~120℃，更优选为60~100℃，最优选为70~80℃；所述物理吸附剂更优选为硅藻土类吸附剂或氧化铝类吸附剂。在本发明中，所述物理吸附剂设置在两个导电多孔材料之间，本发明对所述物理吸附剂的具体空间位置没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际情况在两个导电多孔材料之间设置物理吸附剂，如可以将物理吸附剂设置在两个导电多孔材料的左右之间，使两个导电多孔材料的左右侧面包覆物理吸附剂，也可以将物理吸附剂设置在两个导电多孔材料的上下之间，使两个导电多孔材料的上下表面包覆物理吸附剂。
在本发明中，所述正负电极与电源连通，使两个导电多孔材料之间形成回路。在本发明中，所述电源优选为直流电源。在本发明中，所述两个导电多孔材料上一个设置有正电极，另一个设置有负电极，所述正电极连接电源的正极，所述负电极连接电源的负极，所述电源和电极之间优选采用导线连接，所述导线优选为铜导线；所述正负电极与导电多孔材料之间优选通过导电胶粘结，如银胶；或者将所述正负电极固定在导电多孔材料表面使电极与导电多孔材料表面接触即可；本发明在电源通电时能够通过电极使两个导电多孔材料之间形成回路。
在本发明中，所述原位焦耳热热催化降解甲醛的装置优选还包括热电偶，所述热电偶与导电多孔材料连通，用于检测导电多孔材料的温度。在本发明中，所述原位焦耳热热催化降解甲醛的装置优选还包括盛放装置，所述盛放装置用于盛放导电多孔材料、正负电极以及物理吸附剂，以使本发明提供的原位焦耳热热催化降解甲醛的装置结构紧凑，安装以及携带方便；所述盛放装置优选为单口聚四氟乙烯套。在本发明中，所述原位焦耳热热催化降解甲醛的装置优选还包括密封装置，所述密封装置设置在上述盛放装置外部，用于密封逸出盛放装置的甲醛气体，避免其污染环境；所述密封装置优选为带有密封塞的玻璃容器。在本发明中，所述原位焦耳热热催化降解甲醛的装置优选还包括气体导出装置，所述气体导出装置用于导出密封装置中的甲醛气体，以对甲醛含量进行检测，所述气体导出装置优选为导管，所述导管优选插入玻璃容器的密封塞。
本发明实施例提供的原位焦耳热热催化降解甲醛的装置的结构示意图如图1所示，包括：
带有密封塞的玻璃容器9；
放置在玻璃容器9内部的单口聚四氟乙烯套2；
放置在单口聚四氟乙烯套2中的两个导电多孔材料4；
填充在两个导电多孔材料4之间的物理吸附剂1；
分别设置在两个导电多孔材料4上的正负电极3；
通过铜线5与正负电极连通的直流电源8；
设置在导电多孔电极材料中心的热电偶6；
插入密封塞的气体导管7。
本发明提供的原位焦耳热热热催化降解甲醛的装置，采用三维多孔材料作为基底，包覆上非常少量的石墨烯让多孔材料能够导电，并且在包覆有石墨烯的多孔材料骨架上再负载热降解催化剂，这样通过加电压的方式让石墨烯产热，直接加热催化剂以及周围的气氛，迅速提高其温度，而且由于多孔材料具备的隔热保温性能，产生的热量不会迅速扩散，从而进一步降低了由于热扩散导致的能耗问题。与此同时，再结合高温下脱附甲醛的物理吸附剂，在室温的时候高通量通过甲醛污染气体，当吸附饱和后降低通过的气体流速，通电加热，大大降低由于热对流造成的能量损失，实现超低能耗净化大面积的室内空气效果。
本发明提供的原位焦耳热热催化降解甲醛的装置的工作过程为：室温条件下甲醛气体通过整个装置，让填充在两个导电多孔材料中的物理吸附剂充分吸附甲醛，待其吸附饱和后，对该装置施加电压，电源和导电多孔材料连通形成回路，导电多孔材料骨架产生热量，并将热量传递到其中的物理吸附剂上，物理吸附剂所吸附的甲醛在高温下释放到导电多孔材料上，利用导电多孔材料中负载的热催化降解甲醛的催化剂将甲醛完全降解。
本发明提供了原位焦耳热热催化降解甲醛装置的使用方法：物理吸附剂吸附饱和后对装置通电加热，使所吸附的甲醛释放出来，通过加热后的负载有催化剂的导电多孔材料而被降解。
本发明提供了一种原位焦耳热热催化降解甲醛的方法，包括：
采用上述技术方案所述的原位焦耳热热催化降解甲醛的装置进行甲醛降解，打开电源，对正负电极施加电压，使导电多孔材料通电加热。
在本发明中，在打开电源之前，优选将甲醛气体通入所述原位焦耳热热催化降解甲醛的装置中，使甲醛气体被物理吸附剂吸附，使物理吸附剂达到饱和。在本发明中，所述甲醛气体的浓度优选为10~100ppm，更优选为20~80ppm，更优选为30~60ppm，最优选为40~50ppm。在本发明中，所述甲醛气体的通入流速优选为100~300mL/min，更优选为150~250mL/min，最优选为180~220mL/min。
在本发明中，所述电压优选使导电多孔材料的温度达到40~150℃，更优选为50~120℃，更优选为60~100℃，最优选为70~90℃。在本发明中，所述电压更优选为使导电多孔材料的中心的温度达到40~150℃，更优选为50~120℃，更优选为60~100℃，最优选为70~90℃。本发明对所述导电多孔材料的中心位置没有特殊的限制，按照本领域技术人员常规理解的物体的中心位置即可，优选为导电多孔材料的几何中心位置。
现有技术中催化氧化方法能够彻底解决甲醛的污染问题，应用最广泛的为贵金属体系室温降解甲醛的方法，这种方法不需要任何辅热技术，室温情况下就能够把空气中的甲醛污染气降解，但是贵金属的价格昂贵，资源匮乏，使这种方法的应用受到了限制。非贵金属催化剂也能实现甲醛的完全催化降解，但是其需要辅热装置的加热才能够达到催化反应的反应条件。传统的辅热元件能耗高、散热大等特点使其很难应用于家电领域。
本发明采用商业化的多孔材料，如海绵等包覆极少量的石墨烯作为加热元件，然后通过简单的浸润、喷涂等方法将非贵金属催化剂负载在上述加热元件中，从而不需要额外提供加热元件即可实现催化降解，而且其三维多孔结构能够让催化剂的接触面积得到进一步提升。
本发明提供的原位焦耳热热催化降解甲醛的装置及方法，在降解空气中的甲醛的过程中，室温高通量通过甲醛污染气体，吸附饱和后给导电多孔材料通电，从而让包覆在导电多孔材料骨架上的石墨烯产热，直接加热催化剂以及通过热传导所接触的物理吸附剂，迅速提升其温度，物理吸附剂受热脱附甲醛并被降解催化。本发明提供的方法能够完全降解掉物理吸附剂受热所脱附的甲醛，并且能够重复利用。
本发明提供的原位焦耳热降解甲醛的装置具有非常好的机械性能与可加工性能，其结合物理吸附剂如硅藻土等能够彻底解决能耗高的问题，实现超低能耗降解甲醛的效果。
本发明提供的原位焦耳热热催化降解甲醛的装置条件要求低、操作简单，能耗低，易于实际应用，对于室内环境和大气中的甲醛等有机挥发性污染物降解有着很高的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的原位焦耳热热催化降解甲醛装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1所采用的密胺海绵片的扫描图片；
图3为本发明实施例1制备的包覆石墨烯后的密胺海绵扫描图片；
图4为本发明实施例1中的密胺海绵、包覆氧化石墨烯后的密胺海绵以及氧化石墨烯被还原后的密胺海绵的拉曼光谱；
图5为本发明实施例3制备的负载了催化剂的石墨烯海绵的扫描图片；
图6为本发明实施例3制备的负载了催化剂的石墨烯海绵的扫描图片；
图7为本发明实施例5和比较例测试的甲醛降解的性能曲线；
图8为本发明实施例5负载了催化剂后的石墨烯海绵通过加热和加热套加热其中心温度的上升曲线；
图9为本发明实施例5和比较例中室温吸附-脱附降解实验的循环性能曲线；
图10为本发明实施例5中催化剂的透射图片；
图11为本发明实施例6中催化剂的透射图片；
图12为本发明实施例7中催化剂的透射图片；
图13为实施例5、6、7中的甲醛降解性能和温度的关系图。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明以下实施例中甲醛浓度是通过英国PPM公司PPM-400ST手持式精密甲醛浓度检测仪检测的。
本发明以下实施例所用的物理吸附剂为市售的硅藻土吸附剂。
取商业化的石墨片，采用modifiedhummersmethod方法制备得到氧化石墨烯水溶液，质量浓度为3mg/mL；将商业化的密胺海绵切成大小为1.5*1.5*2cm样块，浸入上述氧化石墨烯水溶液中，然后取出进行30000转/分的离心分离，得到包覆有氧化石墨烯的多孔材料。
将上述包覆有氧化石墨烯的多孔材料烘干后置于热的HI溶液中进行还原，还原温度为95℃，还原时间为5s。
将还原后的产物用乙醇和水反复清洗数次，最终置于210℃烘箱中烘干3小时，得到包覆有石墨烯的导电多孔材料。
本发明实施例1制备得到的包覆有石墨烯的导电多孔材料中石墨烯的含量为0.045mg/cm3。
本发明实施例1中的密胺海绵的扫描图片如图2所示，制备得到的包覆石墨烯后的密胺海绵的扫描图片如图3所示，密胺海绵、包覆氧化石墨烯后密胺海绵和包覆石墨烯的密胺海绵的拉曼光谱如图4所示。
实施例2 MnO2-CeO2粉末状催化剂的制备
参照文献“MnOx–CeO2mixed oxide catalysts for complete oxidation offormaldehyde: Effect of preparation method and calcination temperature”中所公开的合成方法进行制备：
称取适量的Mn(NO3)2.6H2O、KMnO4和 (NH4)2Ce(NO3)6，配置50mL的Mn(NO3)2.6H2O、KMnO4和 (NH4)2Ce(NO3)6浓度分别为0.06mol/L、0.04mol/L和0.1mol/L的混合溶液，将所述混合溶液在50℃水浴加热，同时加入2mol/L KOH 溶液调控pH至10.5，然后将得到的母液放到50℃烘箱中熟化2h，然后过滤，将得到的样品在100℃烘干6h，然后在500℃煅烧6h，得到MnO2-CeO2粉末状催化剂。
将0.2g上述MnO2-CeO2粉末状催化剂超声分散到适量的乙醇溶液中，同时加入少许萘酚作为粘接剂，将配置好的溶液均匀的喷涂到石墨烯海绵上，并置于80℃烘箱中烘干，期间多次翻转海绵以保证催化剂能够比较均匀的分散到海绵骨架上。
本发明实施例3制备得到的负载有催化剂的石墨烯海绵的扫描图片如图5和图6所示。
本发明实施例3制备得到的负载热降解催化剂的导电多孔材料的电导率为0.2S/m。
本实施例提供的原位焦耳热热降解甲醛的装置如图1所示，包括：物理吸附剂1，单口聚四氟乙烯套2，正负电极（铜电极）3，负载热降解催化剂的导电多孔材料（实施例3制备得到的）4，铜导线5，热电偶6，气体导管7，直流电源8和具塞玻璃瓶9。将甲醛吸附饱和的物理吸附剂填充在两个导电多孔材料之间，将负载热降解催化剂的导电多孔材料装在单口聚四氟乙烯套管中，并在导电多孔材料两端夹上正负电极，在电极上用铜导电引出与电源的正负极相连，将该器件置于500mL具塞玻璃瓶中，将铜导线从橡皮塞中牵引出，并在橡皮塞中心插入一根外径为3mm的玻璃导管，便于采集测试，装置运行时玻璃导管上端口用导管帽封住。
采用实施例4的装置降解甲醛，将连接在负载热降解催化剂的导电多孔材料电极上的铜导线和直流电源连接形成回路，并施压合适的电压让导电多孔材料海绵中心的温度达到120℃维持1小时（由于实施例4中的物理吸附剂已吸附饱和甲醛，可直接进行甲醛的降解，如物理吸附剂未吸附甲醛可先进行甲醛吸附再进行甲醛降解），每隔10min用手持式精密甲醛检测仪通过气体导管采样2mL样品进行甲醛浓度测试，并记录测试结果。
按照实施例5的方法进行甲醛降解，与实施例5的区别在于，施加电压使导电多孔材料海绵中心的温度达到110℃，维持1小时，导电多孔材料中负载的热降解甲醛的催化剂为MnxCo3−xO4（x为1~2），所述催化剂可以参照文献“Mnx Co3−xO4solid solution as high-efficient catalysts for low-temperature oxidation of formaldehyde”所公开的方法合成。
按照实施例5的方法进行甲醛降解，与实施例5的区别在于，施加电压使导电多孔材料海绵中心的温度达到140℃维持1小时，导电多孔材料中负载的热降解甲醛的催化剂为Co3O4；所述催化剂可以参照文献“Low-temperature oxidation of CO catalysed byCo3O4nanorods”所公开的方法合成。
采用实施例4中的热降解甲醛的装置，与实施例4的区别在于，不在导电多孔材料上设置正负电极，而是在聚四氟乙烯套管外包覆一层电加热带，将电加热带与电源相连，将原位电加热替换为电加热带加热。
按照实施例5的方法对甲醛进行降解，通过电加热带使导电多孔材料中心温度达到120℃。
采用实施例4中的热降解甲醛的装置，与实施例4的区别在于，采用包覆有石墨烯的多孔材料替换实施例4中的导电多孔材料（即多孔材料不负载热降解催化剂）。
按照实施例5的方法对甲醛进行降解。
图7为本发明实施例5和比较例的甲醛转化率的测试结果图，从图7可以看出，对于吸附饱和的物理吸附剂，通过负载热降解催化剂的导电多孔材料通电加热催化后，其内部吸附的甲醛别完全净化，没有扩散到具塞瓶内（圆点线）。而外部包覆加热带通过热传递进行加热催化，物理吸附剂内部吸附的甲醛有部分扩散到具塞瓶内，造成了二次污染（三角线）。没有负载有热降解催化剂的导电多孔材料作为空白组其瓶内的甲醛浓度是最高的，从侧面印证了负载热降解催化剂的导电多孔材料能够将释放出来的甲醛完全催化降解（方块线）。
通过热电偶测试导电多孔材料中心温度随着时间的变化，检测结果如图8所示，图8显示了负载热降解催化剂的导电多孔材料（实施例3制备得到的）通电后中心温度的上升曲线，只需几十秒，导电多孔材料在很低的功率下就能达到所需的温度（方块线），相比于外部包覆加热带的加热方式，通过理论计算其在保温效果非常好的情况下，所需的加热功率比原位加热方式多出处数倍，并且在该功率下加热到同样的温度所需的时间多出几十乃至几百倍（圆点线）。
通过电加热带加热到同样的温度，甲醛没有完全降解，因为在升温过程中，热量从外向内传递，刚开始时整个装置中的外部温度最高，物理吸附剂吸热后会有部分甲醛脱附出来，此时作为催化核心的导电多孔材料中间的温度还没有达到最高效率的催化温度，导致这部分甲醛没有完全降解。
而给导电多孔材料通电加热，其热量传递从内向外扩散，由于密胺海绵具有优异的保温隔热性能，会将海绵骨架产生的热量牢牢的锁在海绵内部而极少部分扩散到环境。此时物理吸附剂是通过和海绵表面接触传热，也就会让物理吸附剂周围达到脱附温度的时候，海绵内部的温度已经稳定下来。这是本发明中负载热降解催化剂导电多孔材料所具有的特殊效果。
图9是实施例5和比较例中将脱附后的物理吸附剂再次放入甲醛的气氛中吸附饱和，并重复进行吸附-热脱附实验的测试结果，可以看出，本发明实施例提供的整个装置稳定性非常好，在重复了20次的吸附-脱附后仍然能够保证其高性能的降解功能（方块线为实施例，圆点线和三角线为比较例），其在后续的工业化生产与实际应用中具有广泛的价值。
图13为本发明实施例5~实施例7中甲醛的降解性能与温度的关系图，可以看出，采用本发明实施例提供的方法进行甲醛降解具有良好的降解效果。
由以上实施例可知，本发明提供了一种原位焦耳热热催化降解甲醛的装置，包括两个导电多孔材料，所述导电多孔材料负载有热催化降解甲醛的催化剂；分别设置在两个导电多孔材料上的正负电极；填充在两个导电多孔材料之间的物理吸附剂，所述正负电极与电源连通，使两个导电多孔材料之间形成回路。本发明提供的原位焦耳热热催化降解甲醛的装置能够在非常低的功率下，迅速达到热催化降解甲醛所需的温度，与传统的电辅热设备相比，本发明提供的装置不需要引入任何其他的加热元件，能够实现原位加热催化效应，大大降低了热传导等途径所造成的热量损失。本发明提供的装置结构简单、可加工性强，价格低廉。
上述实施例仅仅是为了清楚地说明本发明所做的举例，而并非对实施方式的完全限定。所属领域的普通技术人员在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变动，这里无法也无需对所有的实施方式给出实施例，但由此所引申出的显而易见的变动仍处于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种原位焦耳热热催化降解甲醛的装置，包括：
两个导电多孔材料；
分别设置在两个导电多孔材料上的正负电极；
填充在两个导电多孔材料之间的物理吸附剂；
所述正负电极与电源连通，使两个导电多孔材料之间形成回路；
所述导电多孔材料，包括：
多孔材料；
所述多孔材料包覆有石墨烯；
在包覆有石墨烯的多孔材料上负载有热催化降解甲醛的催化剂。
2.根据权利要求1所述的原位焦耳热热催化降解甲醛的装置，其特征在于，所述负载的方式为喷涂、旋涂或浸润。
3.根据权利要求1所述的原位焦耳热热催化降解甲醛的装置，其特征在于，所述多孔材料为海绵或布类材料。
4.根据权利要求1所述的原位焦耳热热催化降解甲醛的装置，其特征在于，所述石墨烯在导电多孔材料中的含量为0.035 ~0.055mg/cm3。
5.根据权利要求1所述的原位焦耳热热催化降解甲醛的装置，其特征在于，所述热催化降解甲醛的催化剂为非贵金属催化剂。
6.根据权利要求1所述的原位焦耳热热催化降解甲醛的装置，其特征在于，所述正负电极独立的选自银电极、铜电极、碳电极或石墨电极。
7.根据权利要求1所述的原位焦耳热热催化降解甲醛的装置，其特征在于，所述物理吸附剂在室温下吸附甲醛，在高温下脱附甲醛，所述高温为40~150℃。
8.一种原位焦耳热热催化剂降解甲醛的方法，包括：
采用权利要求1所述的原位焦耳热热催化降解甲醛的装置进行甲醛降解，打开电源，对正负电极施加电压。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电压使导电多孔材料的温度达到40~150℃。
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