CN109395741A - 一种室温快速降解空气中甲醛的催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室温快速降解空气中甲醛的催化剂，包括金属化合物、负载金属化合物的吸附载体，所述的金属化合物上负载有贵金属组分。本发明的催化剂将金属氧化物负载在廉价的沸石等吸附材料上，充分发挥吸附材料可以把气体吸附富集的作用，氧化物组在分子静电场存在下发挥快速催化氧化甲醛的作用，贵金属发挥降低催化反应温度的作用。贵金属组分含量低，解决了现有技术中的贵金属催化剂成本高和室温快速降解的问题，该催化剂能在室温下可快速将甲醛氧化为二氧化碳和水。贵金属组分可低至0.019‑0.031％，贵金属组分含量远低于现有的催化剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种室温快速降解空气中甲醛的催化剂及其制备方法。
背景技术
随着我国经济的高速增长和人民生活消费水平的快速提升，城镇建设已进入高速发展时期，广大消费者对居住和工作环境提出了更高的要求。但用于居室和办公楼的建筑材料、家具制品和装修材料大多含有超标或严重超标的对人体健康极为有害的物质，这些逐渐释放出来的污染物不能得到有效分解，使室内污染相当严重。
据中国室内装饰协会环境监测中心透露：中国每年由室内空气污染引起的死亡人数已达11万人！近年来白血病发病率有上升趋势，其中家庭装修产生的各种有害气体是重要因素之一。据世界银行有关资料显示，我国2001年因室内空气污染造成的损失为106亿美元。而令人不安的是，目前在我国，家庭绿色环保产品使用率还不到0.03%，70%以上的家庭装修污染超标，而污染严重超标达16-40倍的已占到了34%，非常触目惊心。近年来有关室内污染中毒的案例屡屡发生，投诉呈迅速上升趋势。中国消费者协会已经发出警示，提醒百姓装修材料存在严重污染。
甲醛是室内环境中最典型、最严重的污染物之一，居室装饰材料和家具中的胶合板、纤维板、刨花板等人造板材中含有大量以甲醛为主的脲醛树脂，这些材料在使用过程中会持续释放出甲醛，释放的时间可达数年之久，甲醛是一种强烈的致癌、致畸形的化学物质之一，2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单中，将甲醛放在一类致癌物列表中；我国国家标准规定的室内空气中甲醛污染物的浓度限值是0.1mg/m3，而我国室内环境中甲醛浓度超标的情况非常严重，根据国家疾病控制中心的抽样调查发现，我国60％以上的新装修居民住宅甲醛浓度超标，给人们身体健康造成了极大的危害。随着环保意识的提高，人们对室内甲醛污染愈发关注，近年来因室内甲醛浓度超标引起的投诉案例也是屡见报道。因此，研究甲醛净化技术来有效消除室内甲醛污染已成为改善人们生活环境的迫切任务。
目前，市场去除甲醛比较常见的方法有吸附法、静电场法、光催化剂分解法、强氧化法等方式。
吸附法多采用活性炭等多孔材料，该方法成本低、初始效果好。但由于活性炭存在着吸附平衡，当吸附饱和后会发生甲醛脱附现象从而造成二次污染；光催化分解污染物技术是当前研究比较多的室内空气净化技术，已取得不错的室内空气净化效果，如已取得国家发明专利（ZL98115808.0）的纳米固体超强酸光催化剂等，但这类催化剂主要以TiO2 纳米粉体或涂覆的薄膜作为光催化剂，原料制备方法复杂，工艺技术要求高，且这种方法需要配合紫外灯来发挥作用，除体积较大外，还会产生臭氧一类的二次污染物。
强氧化法多采用次氯酸、过氧乙酸等强氧化剂在室内喷洒的方式，短期内效率极高，但由于甲醛是持续挥发的状态，在一段时间后又会恢复到较高的浓度，且上述强氧化剂不能在有人的环境中使用，仅能在装修在室内无人的条件下进行短期的治理。
目前的研究重点在于常温催化氧化法，近年来，该技术在室内空气净化研究方面也有了新的进展和突破，如专利CN200410047973.7，就报道了能在室温条件下非光催化完全分解甲醛的催化材料。该专利公开了一种在室温条件下氧化甲醛气体的催化剂，该催化剂以金属氧化物为载体，负载0.5 ～ 1％的其它贵金属，其中金属氧化物可以是三氧化二铝、氧化镍、二氧化锰、二氧化硅、三氧化二铁中至少一种，贵金属组分可以铂、金、锗、钯中至少一种。由于贵金属资源稀少，价格昂贵，人们也在不断研究开发非贵金属催化剂或低含量贵金属催化剂。
发明内容
本发明为解决现有技术在使用中存在的问题，提供一种有效降低贵金属含量、能快速有效降解空气中甲醛的催化剂及其制备方法。
本发明解决现有问题的技术方案是：一种室温快速降解空气中甲醛的催化剂，包括金属化合物、负载金属化合物的吸附载体，所述的金属化合物上负载有贵金属组分，所述的吸附载体为凹凸棒土、硅藻土、活性炭、沸石、或氧化铝分子筛的一种或任意几种意组合；所述的金属化合物为三氧化二铁，三氧化二铝、氧化镁、二氧化锰、氧化铜、二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛或钛白粉的一种或任意几种组合；所述的贵金属组份为铂、金、钯、或银中至少一种,所述的贵金属组分重量换算值比为0.019-0.031％。
作为进一步改进，所述的金属化合物重量换算值比为49—51%；所述的吸附载体重量换算值比为44—46%，以及还包括余量的分子静电材料。
本发明还公开了上述催化剂的制备方法，步骤如下：
步骤一、制备吸附载体，将载体用经过钛酸四丁酯及硅烷偶联剂改性为多孔的吸附载体，所述的钛酸四丁酯用量为所述载体重量的0.3-7％；硅烷偶联剂用量为所述多孔载体重量的0.1-1％。
制备成复合氧化物原浆100重量份，取0.02-0.03重量份的氯化铂、49-51重量份的金属化合物、投入余量的水中，充分搅拌2小时，所述的金属氧化物为三氧化二铁，三氧化二铝、氧化镁、二氧化锰、氧化铜、二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛或钛白粉的至少一种或任意几种的组合的共计49-51重量份。步骤二、将步骤一中44-46重量份制备的改性载体与100重量份的复合氧化物原浆混合均匀。步骤三、在干燥后，于马弗炉内450℃焙烧2.5h，空气中放置冷却，再与4-6重量份的分子静电材料混合均匀，在干燥后，即获得催化剂。
作为进一步改进，所述的步骤一中制备成复合氧化物原浆，取7-7.3重量份的三氧化二铝粉末、2.6-3重量份的氧化镁粉末、0.4-0.5重量份的二氧化锰、4-4.3重量份的三氧化二铁粉末、7.3-7.5重量份的无水硫酸铜粉末、8-8.4重量份的钛白粉、19.7-20重量份的二氧化硅粉末、0.02-0.03重量份的氯化铂，将上述物质投入余量的水中，充分搅拌2 小时。
作为进一步改进，所述的步骤一中制备成复合氧化物原浆，取7.1重量份的三氧化二铝粉末、2.8重量份的氧化镁粉末、0.45重量份的二氧化锰、4.14重量份的三氧化二铁粉末、7.41重量份的无水硫酸铜粉末、8.2重量份的钛白粉、19.9重量份的二氧化硅粉末、0.02-0.03重量份的氯化铂，将上述物质投入余量的水中，充分搅拌2 小时。
作为进一步改进，所述的吸附载体为凹凸棒土、硅藻土、活性炭、沸石、或氧化铝分子筛的一种。
作为进一步改进，所述的步骤三，在100℃干燥后，于马弗炉内450℃焙烧2.5h，空气中放置冷却，与4-6重量份的分子静电材料混合均匀，在100℃下干燥、形成粒径在1-3mm的颗粒。
作为进一步改进，所述的步骤三中干燥温度为90-110℃。
作为进一步改进，所述的颗粒可加工成粒径0.1—0.5mm的粉末状基材，再进行压铸加工。
本发明的催化剂及制备方法与现有技术相比较，其有益效果是将金属氧化物负载在廉价的沸石等吸附材料上，充分发挥吸附材料可以把气体吸附富集的作用，氧化物组在分子静电场存在下发挥快速催化氧化甲醛的作用，贵金属发挥降低催化反应温度的作用。贵金属组分含量低，解决了现有技术中的贵金属催化剂成本高和室温快速降解的问题，该催化剂能在室温下可快速将甲醛氧化为二氧化碳和水，不污染环境。
本发明贵金属组分含量低，可低至0.019-0.031％，贵金属组分含量远低于现有的催化剂。本发明有效降低贵金属的使用量，取材方便，成本低廉。
附图说明
图1是本发明测试甲醛的浓度对时间曲线图。
具体实施方式
参见图1，一种室温快速降解空气中甲醛的催化剂，本实施案例包括金属化合物、负载金属化合物的吸附载体，所述的金属化合物上负载有贵金属组分，所述的吸附载体为凹凸棒土、硅藻土、活性炭、沸石、或氧化铝分子筛的一种或任意几种意组合；所述的金属化合物为三氧化二铁，三氧化二铝、氧化镁、二氧化锰、氧化铜、二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛或钛白粉的一种或任意几种组合；所述的贵金属组份为铂、金、钯、或银中至少一种,所述的贵金属组分重量换算值比为0.019-0.031％。
金属化合物重量换算值比为49—51%；所述的吸附载体重量换算值比为44—46%，以及还包括余量的分子静电材料。
本发明还公开了上述催化剂的制备方法，步骤如下：
步骤一、制备吸附载体，将载体用经过钛酸四丁酯及硅烷偶联剂改性为多孔的吸附载体，所述的钛酸四丁酯用量为所述载体重量的0.3-7％；硅烷偶联剂用量为所述多孔载体重量的0.1-1％。
制备成复合氧化物原浆100重量份，取0.02-0.03重量份的氯化铂、49-51重量份的金属化合物、投入余量的水中，充分搅拌2小时，所述的金属氧化物为三氧化二铁，三氧化二铝、氧化镁、二氧化锰、氧化铜、二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛或钛白粉的至少一种或任意几种的组合的共计49-51重量份。步骤二、将步骤一中44-46重量份制备的改性载体与100重量份的复合氧化物原浆混合均匀。步骤三、在干燥后，于马弗炉内450℃焙烧2.5h，空气中放置冷却，再与4-6重量份的分子静电材料,混合均匀，在干燥后，即获得催化剂。分子静电材料,如聚甲基丙烯酸甲酯。
步骤一中制备成复合氧化物原浆，取7-7.3重量份的三氧化二铝粉末、2.6-3重量份的氧化镁粉末、0.4-0.5重量份的二氧化锰、4-4.3重量份的三氧化二铁粉末、7.3-7.5重量份的无水硫酸铜粉末、8-8.4重量份的钛白粉、19.7-20重量份的二氧化硅粉末、0.02-0.03重量份的氯化铂，将上述物质投入余量的水中，充分搅拌2 小时。
作为进一步的优选，步骤一中制备成复合氧化物原浆，取7.1重量份的三氧化二铝粉末、2.8重量份的氧化镁粉末、0.45重量份的二氧化锰、4.14重量份的三氧化二铁粉末、7.41重量份的无水硫酸铜粉末、8.2重量份的钛白粉、19.9重量份的二氧化硅粉末、0.02-0.03重量份的氯化铂，将上述物质投入余量的水中，充分搅拌2 小时。
吸附载体为凹凸棒土、硅藻土、活性炭、沸石、或氧化铝分子筛的一种。
步骤三，在100℃干燥后，于马弗炉内450℃焙烧2.5h，空气中放置冷却，与4-6重量份的分子静电材料混合均匀，在100℃下干燥、形成粒径在1-3mm的颗粒。作为进一步，颗粒可加工成粒径0.1—0.5mm的粉末状基材，再进行压铸加工
步骤三中干燥温度为90-110℃。
本发明甲醛去除效率测试：将制备的催化剂放置在一个1立方米密闭的玻璃箱内进行甲醛降解实验，甲醛的添加量是固定，风扇推动箱体内空气流动，每隔一段时间测试玻璃箱内的甲醛浓度值，测试结果如图1 所示。
实验总共进行约120分钟，在8分钟时甲醛含量达到最高2.5mg，之后用时21分钟甲醛含量降低至1.0 mg以下（不包含8分钟），用时65分钟甲醛含量降低至0.1 mg以下（不包含8分钟），甲醛含量降低至0 mg用时111分钟（不包含8分钟）。持续观测1小时甲醛含量无反弹现象。实验过程可明显看到有水气凝结于玻璃缸内壁。
本发明具有以下优点：
1) 利用室内空气中的热量即可激活甲醛氧化反应，甲醛在被吸附的同时，处于分子静电场下，与催化氧化的氧化物接触被氧化。
2) 本发明的除甲醛催化剂可以将甲醛彻底氧化成水和二氧化碳，无任何二次污染物产生。
3) 甲醛污染后空气经过本发明的催化剂材料即可快速达到高效净化，像普通过滤器一样，无需额外装置，使用方便。
Claims (10)
1.一种室温快速降解空气中甲醛的催化剂，其特征在于：包括金属化合物、负载金属化合物的吸附载体，所述的金属化合物上负载有贵金属组分，所述的吸附载体为凹凸棒土、硅藻土、活性炭、沸石、或氧化铝分子筛的一种或任意几种意组合；所述的金属化合物为三氧化二铁，三氧化二铝、氧化镁、二氧化锰、氧化铜、二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛或钛白粉的一种或任意几种组合；所述的贵金属组份为铂、金、钯、或银中至少一种,所述的贵金属组分重量换算值比为0.019-0.031％。
2.如权利要求1所述的室温快速降解空气中甲醛的催化剂，其特征在于：所述的金属化合物重量换算值比为49—51%；所述的吸附载体重量换算值比为44—46%。
3.如权利要求2所述的室温快速降解空气中甲醛的催化剂，其特征在于：还包括余量的分子静电材料。
4.一种催化剂的制备方法，其特征在于：步骤如下 步骤一、制备吸附载体，将载体用经过钛酸四丁酯及硅烷偶联剂改性为多孔的吸附载体，所述的钛酸四丁酯用量为所述载体重量的0.3-7％；硅烷偶联剂用量为所述多孔载体重量的0.1-1％； 制备成复合氧化物原浆100重量份，取0.02-0.03重量份的氯化铂、49-51重量份的金属化合物、投入余量的水中，充分搅拌2小时，所述的金属氧化物为三氧化二铁，三氧化二铝、氧化镁、二氧化锰、氧化铜、二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛或钛白粉的至少一种或任意几种的组合的共计49-51重量份； 步骤二、将步骤一中44-46重量份制备的改性载体与100重量份的复合氧化物原浆混合均匀； 步骤三、在干燥后，于马弗炉内450℃焙烧2.5h，空气中放置冷却，再与4-6重量份的分子静电材料混合均匀，在干燥后，即获得催化剂。
5.如权利要求4所述的催化剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中制备成复合氧化物原浆，取7-7.3重量份的三氧化二铝粉末、2.6-3重量份的氧化镁粉末、0.4-0.5重量份的二氧化锰、4-4.3重量份的三氧化二铁粉末、7.3-7.5重量份的无水硫酸铜粉末、8-8.4重量份的钛白粉、19.7-20重量份的二氧化硅粉末、0.02-0.03重量份的氯化铂，将上述物质投入余量的水中，充分搅拌2 小时。
6.如权利要求5所述的催化剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中制备成复合氧化物原浆，取7.1重量份的三氧化二铝粉末、2.8重量份的氧化镁粉末、0.45重量份的二氧化锰、4.14重量份的三氧化二铁粉末、7.41重量份的无水硫酸铜粉末、8.2重量份的钛白粉、19.9重量份的二氧化硅粉末、0.02-0.03重量份的氯化铂，将上述物质投入余量的水中，充分搅拌2 小时。
7.如权利要求4述的催化剂的制备方法，其特征在于：所述的吸附载体为凹凸棒土、硅藻土、活性炭、沸石、或氧化铝分子筛的一种。
8.如权利要求4所述的催化剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤三，在100℃干燥后，于马弗炉内450℃焙烧2.5h，空气中放置冷却，与4-6重量份的分子静电材料混合均匀，在100℃下干燥、形成粒径在1-3mm的颗粒。
9.如权利要求4所述的催化剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤三中干燥温度为90-110℃。
10.如权利要求8所述的催化剂的制备方法，其特征在于：所述的颗粒可加工成粒径0.1—0.5mm的粉末状基材，再进行压铸加工。
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