CN109126837A - 一种高效低浓度室内甲醛净化催化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效低浓度室内甲醛净化催化剂。所述催化剂由以下步骤制备而成：将高锰酸钾溶液、氯化锰溶液、含铌溶液、含钾、铯溶液分别用四个高压泵泵入微型反应器的前置管道中，经预热后在微型反应器的反应室模块进行快速混合，设置微型反应器的反应室模块的温度进行反应，产物从微型反应器出口排出，离心所得固体用蒸馏水洗涤3次，将固体置于不同温度热处理，得到甲醛净化催化剂。本发明制备获得一种颗粒均匀、比表面积大、化学性质稳定的高效低浓度室内甲醛净化催化剂。
Description
技术领域
本发明涉及了一种甲醛净化催化剂，尤其是涉及了一种高效低浓度室内甲醛净化催化剂，属于室内环境治理领域。
背景技术
近年来，随着人民生活水平的提高，室内空气污染与日俱增。人们在进行室内装潢设计时，越来越倾向于使用合成材料。然而，这些合成建筑与装潢材料的使用导致室内空气品质逐步恶化，严重影响了人们的身心健康和工作效率。其中，甲醛是目前室内空气中主要污染物质之一，其呈无色气态状，且具有刺激性气味，有致畸、致癌和致突变的可能。
目前，控制室内甲醛污染主要有三种途径，分别为：源头控制、通风以及净化技术。源头控制是最直接的方法，即通过控制室内甲醛的产生渠道来减少甲醛的释放量；通风稀释通风可降低室内污染物，这是一个有效但是十分受限制的手段，增加风量必然会耗费大量的资源能源，且目前室外空气质量也十分堪忧，雾霾十分严重，尤其是秋冬季，所以对于室外空气品质不好的地方，难以用通风来改善室内空气品质；而净化技术主要又分为吸附法、化学药剂法、光催化法、生物净化和植物净化等。
吸附法一般仅靠吸附材料对甲醛的被动吸附来作用，一方面其吸附速率缓慢、作用范围有限，另外一方面甲醛只是在材料上进行一个富集，长时间吸附饱和后反而会释放出来；化学药剂法，该法能够在一定程度上消除甲醛，但同时常会引入其他的污染物质，导致二次污染，并且有些低质化学药剂只是用味道来掩盖甲醛味道，会造成更严重后果；光催化法一般采用二氧化钛或者纳米二氧化钛材料，该材料需要在紫外光的照射下才能有效分解，室内效果不是特别理想；也有很多人开发了利用负载、离子交换等方法加入活性成分使之能在可见光下降解的催化剂，但制备方法复杂、成本比较高。
目前市面上的很多空气净化器利用多重过滤网、活性炭或光触媒催化剂来清除甲醛，甲醛清除效率也不是很理想，因此，开发一种高效的室内低浓度甲醛净化催化剂非常的有必要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高效低浓度室内甲醛净化吸收催化剂。
本发明所采用的技术方案如下：
所述催化剂由以下步骤制备而成：将高锰酸钾溶液、氯化锰溶液、含铌溶液、含钾、铯溶液分别用四个高压泵以20-60毫升每分钟的速度泵入微型反应器的前置管道中，经70度预热后在微型反应器的反应室模块进行5-20s快速混合，设置微型反应器的反应室模块的温度在80-200℃进行反应，产物从微型反应器出口排出，离心所得固体用蒸馏水洗涤3次，将固体置于不同200-400℃热处理3-5小时，得到甲醛净化催化剂。
所述的高锰酸钾溶液、氯化锰溶液、含铌溶液、含钾、铯溶液的质量配比为100-200份、100-300份、0-20份、10-25份。
所述含铌溶液制备方法包括以下步骤：
将100克的五氧化二铌和141克的氢氧化钾充分混合后置于镍坩埚中，然后将其放入马弗炉，从常温以5度每分钟的速率升到450℃后保温3小时，冷却到常温得熔体；取出熔体，并向熔体中加入去离子水，完全溶解后抽滤，将所得滤液转入1升烧杯中；搅拌条件下向烧杯中分别滴加硝酸调节体系pH直到5后静置1小时；将经过酸洗的溶液进行抽滤，去掉滤饼获得澄清溶液作为含铌溶液。
所述含钾、铯溶液制备方法包括以下步骤：取138克碳酸钾和326克碳酸铯用2升蒸馏水溶解备用。
优选地，高锰酸钾溶液含量为150-200份，氯化锰溶液为250-300份，含铌溶液为5-10份，含钾、铯溶液为10-20份。
优选地，泵入微型反应器的流量为40-60毫升每分钟。
优选地，微型反应器的反应温度为120-150度。
优选地，热处理温度为200-300度，热处理时间为3-4小时。
本发明还提供了前述低浓度室内甲醛净化催化剂的具体使用例子。
本发明的温度均为摄氏温度。
本发明的有益效果是：
本发明通过将钾盐、铯盐、铌盐、锰氧化物与锰氯化物通过微型反应器，经过在微型反应器中高效混合、快速反应后经离心、烘干、焙烧等过程，制备得到一种颗粒均匀，比表面积大，化学性质稳定的高效低浓度室内甲醛净化催化剂。
参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征和优点。
附图说明
图1为各实施例催化剂在水溶液中的分散情况；
图2为实施例1催化剂的扫描电镜图。
具体实施方式
在下文中，将通过实施例对本发明进行更详细地描述，但应理解，这些实施例仅仅是示例性的而非限制性的。
下面参照几个例子详细描述本发明。
本发明实施例如下：
以下各个实施例的含锰溶液制备：取316克高锰酸钾溶于1升蒸馏水，取483克氯化锰溶于1升蒸馏水。
以下各个实施例的含铌溶液制备：将100克的五氧化二铌和141克的氢氧化钾充分混合后置于镍坩埚中，然后将其放入马弗炉，以5度每分钟的速率从常温升到450℃后保温3小时，冷却到常温得熔体；取出熔体，并向熔体中加入去离子水，完全溶解后抽滤，将所得滤液转入1升烧杯中；搅拌条件下向烧杯中分别滴加硝酸调节体系pH直到5后静置1小时；将经过酸洗的溶液进行抽滤，去掉滤饼获得澄清溶液作为含铌溶液。
以下各个实施例的含钾、铯溶液的制备：取138克碳酸钾和326克碳酸铯用2升蒸馏水溶解备用。
实施例1：
将200份的高锰酸钾溶液、300份的氯化锰溶液，5份含铌溶液，20份含钾、铯溶液分别用四个高压泵以20毫升每分钟的速度泵入微型反应器前置管道中，经70度预热后在反应室模块进行快速混合，设置微型反应器反应常温度在120℃，产物从微型反应器出口排出，离心所得固体用蒸馏水洗涤3次，将固体置于不同300℃热处理3小时，得到甲醛净化催化剂。
取0.01克催化剂加入水中后可以看到分散性如图1所示。催化剂的扫描电镜结果如图2所示。
实施例2：
将100份的高锰酸钾溶液、200份的氯化锰溶液，10份含铌溶液，10份含钾、铯溶液分别用四个高压泵以20毫升每分钟的速度泵入微型反应器前置管道中，经70度预热后在反应室模块进行快速混合，设置微型反应器反应常温度在100℃，产物从微型反应器出口排出，离心所得固体用蒸馏水洗涤3次，将固体置于不同400℃热处理3小时，得到甲醛净化催化剂。取0.01克催化剂加入水中后可以看到分散性如图1所示。
实施例3：
将200份的高锰酸钾溶液、100份的氯化锰溶液，25份含钾、铯溶液分别用四个高压泵以30毫升每分钟的速度泵入微型反应器前置管道中，经70度预热后在反应室模块进行快速混合，设置微型反应器反应常温度在80℃，产物从微型反应器出口排出，离心所得固体用蒸馏水洗涤3次，将固体置于不同200℃热处理3小时，得到甲醛净化催化剂。取0.01克催化剂加入水中后可以看到分散性如图1所示。
实施例4：
将200份的高锰酸钾溶液、300份的氯化锰溶液，20份含铌溶液，5份含钾、铯溶液分别用四个高压泵以20毫升每分钟的速度泵入微型反应器前置管道中，经70度预热后在反应室模块进行快速混合，设置微型反应器反应常温度在150℃，产物从微型反应器出口排出，离心所得固体用蒸馏水洗涤3次，将固体置于不同40℃热处理3小时，得到甲醛净化催化剂。取0.01克催化剂加入水中后可以看到分散性如图1所示。
实施例5：
将200份的高锰酸钾溶液、300份的氯化锰溶液，1份含铌溶液，10份含钾、铯溶液分别用四个高压泵以20毫升每分钟的速度泵入微型反应器前置管道中，经70度预热后在反应室模块进行快速混合，设置微型反应器反应常温度在180℃，产物从微型反应器出口排出，离心所得固体用蒸馏水洗涤3次，将固体置于不同350℃热处理3小时，得到甲醛净化催化剂。取0.01克催化剂加入水中后可以看到分散性如图1所示。
实施例6：
将200份的高锰酸钾溶液、300份的氯化锰溶液，15份含铌溶液，20份含钾、铯溶液分别用四个高压泵以20毫升每分钟的速度泵入微型反应器前置管道中，经70度预热后在反应室模块进行快速混合，设置微型反应器反应常温度在180℃，产物从微型反应器出口排出，离心所得固体用蒸馏水洗涤3次，将固体置于不同20℃热处理3小时，得到甲醛净化催化剂。取0.01克催化剂加入水中后可以看到分散性如图1所示。
实施例7：
将200份的高锰酸钾溶液、300份的氯化锰溶液，5份含铌溶液，20份含钾、铯溶液分别用四个高压泵以60毫升每分钟的速度泵入微型反应器前置管道中，经70度预热后在反应室模块进行快速混合，设置微型反应器反应常温度在200℃，产物从微型反应器出口排出，离心所得固体用蒸馏水洗涤3次，将固体置于不同200℃热处理3小时，得到甲醛净化催化剂。取0.01克催化剂加入水中后可以看到分散性如图1所示。
对比例8：
先后将45克高锰酸钾和100毫升浓盐酸加入到1升去离子水中，持续搅拌30分钟，然后加入2克碳酸铯，将搅拌均匀的混合液转移至容积为1.5升的水热釜中，再在110度下保温10小时。水热反应结束后，分别用去离子水和乙醇将这种棕黑色固体洗涤3次，然后在100度烘箱温度下干燥一整夜备用。
对比例9：
将100克二氧化锰、1.5克氢氧化钾、1.5克碳酸铯和2克五氧化二铌均匀混合，采用行星球磨仪在700转每分钟转速下研磨4小时候，然后在250度马弗炉中焙烧3小时候取出备用。
对比例10：
将200份的高锰酸钾溶液、300份的氯化锰溶液，10份含铌溶液，分别用四个高压泵以20毫升每分钟的速度泵入微型反应器前置管道中，经70度预热后在反应室模块进行快速混合，设置微型反应器反应室温度在120℃，产物从微型反应器出口排出，离心所得固体用蒸馏水洗涤3次，将固体置于不同300℃热处理3小时，得到甲醛净化催化剂。
对比例11：
将200份的高锰酸钾溶液、300份的氯化锰溶液，25份含钾、铯溶液分别用四个高压泵以20毫升每分钟的速度泵入微型反应器前置管道中，经70度预热后在反应室模块进行快速混合，设置微型反应器反应室温度在120℃，产物从微型反应器出口排出，离心所得固体用蒸馏水洗涤3次，将固体置于不同300℃热处理3小时，得到甲醛净化催化剂。
对比例12：
将200份的高锰酸钾溶液、300份的氯化锰溶液，分别用四个高压泵以20毫升每分钟的速度泵入微型反应器前置管道中，经70度预热后在反应室模块进行快速混合，设置微型反应器反应室温度在120℃，产物从微型反应器出口排出，离心所得固体用蒸馏水洗涤3次，将固体置于不同300℃热处理3小时，得到甲醛净化催化剂。
对比例13：
先后将45克高锰酸钾和50克氯化锰加入到1升去离子水中，持续搅拌30分钟，然后加入2克碳酸钾、2克碳酸铯和3克五氧化二铌，将搅拌均匀的混合液转移至容积为1.5升的水热釜中，再在120度下保温10小时。水热反应结束后，分别用去离子水和乙醇将这种棕黑色固体洗涤3次，然后在100度烘箱温度下干燥一整夜备用。
各个实施例中的微型反应器均采用杭州沈氏节能科技股份有限公司的SS-0010WR-Ti-P型。
甲醛净化催化评价方法：
将20克催化剂平铺在表面皿上，将表面皿放置于10升反应器中，在反应器中注入5毫升甲醛溶液，密闭反应器，开启反应器中的风扇；每隔1小时检测一次，用微量注射器抽取反应器中的气体做气相色谱分析，待反应器中甲醛浓度平衡后，将反应器拆开清洗，干燥后重复活性测试步骤，比较出不同的样品催化净化甲醛效果的影响。原始的甲醛浓度均在0.40～0.50左右，具体催化效果评估如表1所示。
表1各种催化剂甲醛净化效果对比结果
| 初始甲醛浓度(mg/L) | 最终甲醛浓度(mg/L) | |
| 实施例1 | 0.45 | 0.07 |
| 实施例2 | 0.50 | 0.06 |
| 实施例3 | 0.47 | 0.07 |
| 实施例4 | 0.46 | 0.04 |
| 实施例5 | 0.45 | 0.07 |
| 实施例6 | 0.48 | 0.05 |
| 实施例7 | 0.51 | 0.02 |
| 对比例8 | 0.53 | 0.34 |
| 对比例9 | 0.45 | 0.20 |
| 对比例10 | 0.53 | 0.34 |
| 对比例11 | 0.45 | 0.20 |
| 对比例12 | 0.56 | 0.30 |
| 对比例13 | 0.48 | 0.32 |
由此可以看出，采用本发明的低浓度甲醛净化催化剂能大幅度有效降低室内甲醛含量，具有突出显著的技术效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种高效低浓度室内甲醛净化催化剂，其特征在于：所述催化剂由以下步骤制备而成：将高锰酸钾溶液、氯化锰溶液、含铌溶液、含钾、铯溶液分别用四个高压泵以20-60毫升每分钟的速度泵入微型反应器的前置管道中，经70度预热后在微型反应器的反应室模块进行5-20s快速混合，设置微型反应器的反应室模块的温度在80-200℃进行反应，产物从微型反应器出口排出，离心所得固体用蒸馏水洗涤3次，将固体置于不同200-400℃热处理3-5小时，得到甲醛净化催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种高效低浓度室内甲醛净化催化剂，其特征在于：所述的高锰酸钾溶液、氯化锰溶液、含铌溶液、含钾、铯溶液的质量配比为100-200份、100-300份、0-20份、10-25份。
3.根据权利要求1所述的一种高效低浓度室内甲醛净化催化剂，其特征在于：所述含铌溶液制备方法包括以下步骤：将100克的五氧化二铌和141克的氢氧化钾充分混合后置于镍坩埚中，然后将其放入马弗炉，从常温以5度每分钟的速率升到450℃后保温3小时，冷却到常温得熔体；取出熔体，并向熔体中加入去离子水，完全溶解后抽滤，将所得滤液转入1升烧杯中；搅拌条件下向烧杯中分别滴加硝酸调节体系pH直到5后静置1小时；将经过酸洗的溶液进行抽滤，去掉滤饼获得澄清溶液作为含铌溶液。
4.根据权利要求1所述的一种高效低浓度室内甲醛净化催化剂，其特征在于：所述含钾、铯溶液制备方法包括以下步骤：取138克碳酸钾和326克碳酸铯用2升蒸馏水溶解备用。
5.根据权利要求1所述的一种高效低浓度室内甲醛净化催化剂，其特征在于：高锰酸钾溶液含量为150-200份，氯化锰溶液为250-300份，含铌溶液为5-10份，含钾、铯溶液为10-20份。
6.根据权利要求1所述的一种高效低浓度室内甲醛净化催化剂，其特征在于：泵入微型反应器的流量为40-60毫升每分钟。
7.根据权利要求1所述的一种高效低浓度室内甲醛净化催化剂，其特征在于：微型反应器的反应温度为120-150度。
8.根据权利要求1所述的一种高效低浓度室内甲醛净化催化剂，其特征在于：热处理温度为200-300度，热处理时间为3-4小时。
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