CN110681259A - 纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛效率和寿命的方法和结构装置 - Google Patents
纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛效率和寿命的方法和结构装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110681259A CN110681259A CN201910844472.8A CN201910844472A CN110681259A CN 110681259 A CN110681259 A CN 110681259A CN 201910844472 A CN201910844472 A CN 201910844472A CN 110681259 A CN110681259 A CN 110681259A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- manganese oxide
- fibrous
- carrier
- nylon
- formaldehyde
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 197
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 title claims abstract description 160
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 title abstract description 7
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims abstract description 46
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims abstract description 45
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- -1 oxygen anions Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims abstract description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 19
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 19
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 12
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 6
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004813 Perfluoroalkoxy alkane Substances 0.000 claims description 2
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 2
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 claims description 2
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920011301 perfluoro alkoxyl alkane Polymers 0.000 claims description 2
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 claims description 2
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 claims description 2
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 claims description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Inorganic materials O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical group [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- BZNTUSVMVXRESI-UHFFFAOYSA-N C=O.[O-2].[Mn+2] Chemical compound C=O.[O-2].[Mn+2] BZNTUSVMVXRESI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 2
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 2
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- WAEMQWOKJMHJLA-UHFFFAOYSA-N Manganese(2+) Chemical compound [Mn+2] WAEMQWOKJMHJLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910016978 MnOx Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010035664 Pneumonia Diseases 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- 206010044302 Tracheitis Diseases 0.000 description 1
- 229920001807 Urea-formaldehyde Polymers 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- GZCGUPFRVQAUEE-SLPGGIOYSA-N aldehydo-D-glucose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O GZCGUPFRVQAUEE-SLPGGIOYSA-N 0.000 description 1
- VBIXEXWLHSRNKB-UHFFFAOYSA-N ammonium oxalate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]C(=O)C([O-])=O VBIXEXWLHSRNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 235000019504 cigarettes Nutrition 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 230000002124 endocrine Effects 0.000 description 1
- 208000030172 endocrine system disease Diseases 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 208000026278 immune system disease Diseases 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 208000019423 liver disease Diseases 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001437 manganese ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004400 mucous membrane Anatomy 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000006864 oxidative decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011120 plywood Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 208000023504 respiratory system disease Diseases 0.000 description 1
- 206010039083 rhinitis Diseases 0.000 description 1
- 208000017520 skin disease Diseases 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/8668—Removing organic compounds not provided for in B01D53/8603 - B01D53/8665
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/8678—Removing components of undefined structure
- B01D53/8687—Organic components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/20—Metals or compounds thereof
- B01D2255/207—Transition metals
- B01D2255/2073—Manganese
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/30—Capture or disposal of greenhouse gases of perfluorocarbons [PFC], hydrofluorocarbons [HFC] or sulfur hexafluoride [SF6]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
Abstract
纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛效率和寿命的方法和结构装置，属于去除甲醛技术领域。先将锰氧化物负载在电负性强的载体上，将负载有锰氧化物的电负性强的载体与金属或者尼龙颗粒物之间进行震动摩擦，由于两者原子核对核外电子的束缚力不同，电子会发生转移，使得电负性强的载体上带有电子，金属或尼龙颗粒物表面带上正电荷；而由于电子密度的不同，电子会从密度大的地方转移到密度小的地方，即电负性强的载体表面的电子会转移到锰氧化物上；根据锰氧化物催化甲醛分解机理，锰氧化物上的电子越多，越促进氧负离子及羟基的产生，最终促进甲醛的分解。
Description
技术领域
本发明属于去除甲醛技术领域，具体涉及一种纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛效率和寿命方法和结构装置。
背景技术
甲醛(HCHO)是室内空气主要污染物之一，主要来源于建筑物装饰装修材料(板材、油漆)，而居室装修中所使用的胶合板、刨花板等人造板都是以脲醛树脂、酚醛树脂等作为胶合剂粘合而成的。香烟主流烟雾中甲醛平均浓度为212mg/m3；侧流烟雾中甲醛平均浓度为18～ 58mg/m3。
长时间暴露在低浓度HCHO即使0.08ppm也可能刺激粘膜，引起鼻炎、气管炎、肺炎等呼吸系统疾病。当暴露在高HCHO浓度下，会引起皮肤和肝脏疾病以及内分泌及免疫系统紊乱，给身体健康带来严重的危害。
目前可以通过物理吸附、TiO2光催化、锰氧化物化学催化等方法来去除甲醛。
其中物理吸附主要以多孔活性炭为主，甲醛不会被分解，只是简单的被吸附在多孔部位，会出现吸附饱和现象，一段时间后还会产生脱附现象，造成二次污染，使用寿命有限。TiO2光催化降解HCHO只能在有强烈的光照情况下才能实现，不利于室内去除甲醛。
锰氧化物化学催化法去除甲醛是目前室内去除甲醛方法中最具有潜力的，因为这种方法不需要苛刻的外界条件，且可以利用氧化还原反应分解甲醛，不会像物理吸附那样造成二次污染。而且锰氧化物可以是粉末形态，也可以附载在载体上，形成线状或片状的形态。
甲醛在锰氧化物催化下完全转化的产物是二氧化碳和水，不完全转化时产物多为碳酸盐和甲酸类物质，而这些物质会吸附在锰氧化物催化剂的表面。会减小催化反应的比表面积，进而大幅度降低锰氧化物对甲醛的催化效率，锰氧化物的催化寿命也会明显下降。
目前解决上述问题的办法是高温加热，但是这就增加了外界条件，大大降低它的使用范围。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的问题而提供一种纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛效率和寿命的方法和装置，将利用纳米摩擦产生的电子来促进锰氧化物催化甲醛的分解，并提出了实际应用装置结构。
本发明颗粒物载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛的方法，其特征在于，包括如下的步骤：
先将锰氧化物C负载在电负性强的载体A上，负载的方法现有技术有多种且简单可行，比如直接将电负性强的载体A浸泡在锰氧化物C的悬浊液中,这样就会把锰氧化物负载在颗粒物上。将负载有锰氧化物C的电负性强的载体A与金属或者尼龙颗粒物B之间进行震动摩擦，由于两者原子核对核外电子的束缚力不同，电子会发生转移，使得电负性强的载体A 上带有电子，金属或尼龙颗粒物B表面带上正电荷；而由于电子密度的不同，电子会从密度大的地方转移到密度小的地方，即电负性强的载体A表面的电子会转移到锰氧化物C上；根据锰氧化物催化甲醛分解机理，锰氧化物上的电子越多，越促进氧负离子及羟基的产生，最终促进甲醛的分解。
如图3颗粒物载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛机理图。
根据上述方法即中为实现上述方法设计了相应的装置，包括颗粒物结构和纤维物结构两种装置。
一种颗粒状载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛装置，其特征在于，将负载有锰氧化物的电负性强的颗粒物与金属或尼龙颗粒物均匀混合后填装到截面为六角形蜂窝的管即六角形蜂窝管中，颗粒与颗粒之间具有空隙；含有甲醛的气体从六角形蜂窝管的一端进入，从另一端流出；当含有甲醛的气体流过混合颗粒中时，颗粒物会因受到气流的冲击产生震动摩擦，从而产生电子，增强锰氧化物去除甲醛的效率和寿命。
进一步优选，六角形蜂窝管为倾斜的，入口端物理位置低于出口段物理位置，倾斜角度为0-15°。
六角型蜂窝管相对于圆形管具有很好的力学性能，重量更轻，美观规整，且能有效地通过更多的空气，提高均流效率。其材质最好是金属或尼龙。
进一步优选，所述的颗粒物为球状颗粒物，负载有锰氧化物的电负性强的颗粒物与金属或尼龙颗粒物的体积比(8-5)∶(2-5)，两者之和为10。
颗粒物载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛装置图见图4。
一种纤维状载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛的装置，其特征在于，将锰氧化物负载在电负性强的纤维状载体上，负载方法同上；将负载有锰氧化物的电负性强的纤维状载体的一端固定，另一端悬空；金属网或纤维状尼龙同样一端固定，另一端自由悬空；负载有锰氧化物的电负性强的纤维状载体和金属网或纤维状尼龙平行交替间隔排列且之间具有空隙，当负载有锰氧化物的电负性强的纤维状载体和金属网或纤维状尼龙自由端摆动式，两者可以接触产生摩擦；含有甲醛的气体垂直通过负载有锰氧化物的电负性强的纤维状载体和金属网或纤维状尼龙时，负载有锰氧化物的电负性强的纤维状载体和金属网或纤维状尼龙会产生震动摩擦，进而发生电子的转移，使电负性强的纤维状载体上带有电子，金属网或纤维状尼龙表面带上正电荷，电负性强的纤维状载体表面的电子也会被传输到锰氧化物上，促进氧负离子及羟基的产生，增强锰氧化物去除甲醛的效率和寿命。
纤维状尼龙和纤维状载体中所述的纤维为单根纤维或编制成网格型的纤维布；单根纤维时，平行交替间隔排列中，多根纤维并排成列形成一面状结构，然后此面状结构作为一单元再与另一物质进行平行交替间隔排列；为网格型的纤维布时，直接作为一单元与另一物质进行平行交替间隔排列。
进一步优选，电负性强的纤维状载体上端固定，下端自由悬空，上端固定到一平面结构上，所述的平面结构物质与电负性强的纤维状载体为同一物质；金属网或纤维状尼龙下端固定，上端自由悬空，下端固定到一平面结构上，所述的平面结构与金属网或纤维状尼龙为同一物质。固定电负性强的纤维状载体的平面结构与固定金属网或纤维状尼龙的平面结构平行。
或者整体面状结构的负载有锰氧化物的电负性强的纤维状载体和整体面状结构的金属网或纤维状尼龙分别至少相对的两端固定，然后平行独立的贴合在一起，中间可以摆动，气体垂直面通过，气体通过的过程中气体流速不稳，可以使得两者相互摩擦，增强锰氧化物去除甲醛的效率和寿命。
纤维状载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛结构装置图如图5
其中电负性强的纤维载体和金属网或尼龙纤维可以做成网格型的纤维布，有利于气体的通过，增加反应的比表面积。(如图6纤维状载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛结构图中 A、B载体结构图。
电负性强的载体的材料为PI、PFA、PTFE、PDMS等。
本发明的优点
1.利用纳米摩擦产生的电子来促进锰氧化物催化甲醛的分解。
2.此方法也可用在去除气体有机污染物的气体上。
3.目前增强锰氧化物去除甲醛效率的方法需要增加额外的条件，比如高温，而此方法简单、易操作。整个系统装置简单，且原料低廉，适应于大量工业生产。
4.应用较为广泛，可以将其应用到口罩、空气净化器等多个设备上。
5.用纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛效率和寿命的方法是本发明的一大亮点，并且可以扩展到其他去除气体有机污染物的气体上。
附图说明
图1锰氧化物催化甲醛的机理图；
图2纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛流程图；
图3颗粒物载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛机理图；
图4颗粒状载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛装置图；
图5纤维状载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛装置图；
图6为图5中纤维状载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛装置中A、B载体结构图。
图7为负载birnessite-type MnO2的XRD和Raman图；
图8纯PI、PI-MnO2和PI-MnO2-铜网摩擦发电组合对甲醛催化效率图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
下面以二氧化锰为例，解释锰氧化物催化甲醛机理。二氧化锰是一种结构比较复杂的氧化物，其化学配比并不恰好是一个四价锰离子和两个氧离子相结合，其分子式应表示为 MnOx，X表示含氧量，数值小于2。由于二氧化锰中氧空位的存在，氧空位留下的电子被邻近金属离子Mn4+捕获形成低价的Mn3+。MnO2表面会吸附很多的氧气、羟基和水，而氧的电负性很强，通常会俘获自由电子成为氧负离子(O2-、O2 2-、O-、O2 -等)。而MnO2表面吸附的水可以结合氧负离子和电子生成羟基。甲醛就会被生成的羟基和氧负离子氧化成二氧化碳和水。下面为具体的公式。
Mn4++e→Mn3+
O2(g)→O2(ads)
O-+H2O+e→·OH
HCHO+·OH→·CHO+H2O
根据锰氧化物催化机理可知，锰氧化物电子密度增加会促进表面氧负离子、羟基的增加，进而促进甲醛的氧化分解。而本方案主要利用纳米摩擦发电来促进电子密度的增加。(如图 2纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛流程)。
已在电负性强的材料(PI纤维布)上负载了birnessite-type MnO2，XRD和Raman图可以进行佐证(如图7)。XRD图谱中2θ为12.283°、36.805°、和65.701°为birnessite-typeMnO2的特征衍射。Raman图谱中314.20，374.17，495.21，566.39和651.89对应于birnessite-type MnO2的峰。
负载方法包括以下步骤：
(1)PI纤维的清洗：水和甲醇清洗PI，除去织物表面残留成分
(2)PI水解：用1Mol/L的NaOH在105℃下水解PI15min(提高表面亲水性)
(3)PI-MnO2的制备：把PI浸泡到0.05M高锰酸钾中，然后滴加0.3M草酸铵 2MnO4 -+3C2O4 2-+4H2O→2MnO2+6HCO3 -+2OH-
(4)调PH值，搅拌加热：PH调中性，加热90℃10小时。
(5)烘干：105℃，12h烘干。
对纯PI、PI-MnO2和PI-MnO2-铜网摩擦发电组合进行了静态甲醛催化效率的测试(PI-MnO2和PI-MnO2-铜网的负载量相同)，测试结果表明纯PI几乎没有催化效率，PI-MnO2催化甲醛的效率为76.46％，PI-MnO2-铜网摩擦发电组合的催化效率为92.4％。很明显PI-MnO2结合铜网纳米摩擦的催化效率更高。如图8纯PI、PI-MnO2和PI-MnO2-铜网摩擦发电组合对甲醛催化效率图，其中的测试条件：温度:25℃，湿度：41％rh，静态测试气体的体积为：0.24m3，
PI-MnO2静态测试面积为338cm2，负载量为4.4mg/cm2。
Claims (10)
1.一种颗粒物载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛的方法，其特征在于，包括如下的步骤：
先将锰氧化物C负载在电负性强的载体A上，将负载有锰氧化物C的电负性强的载体A与金属或者尼龙颗粒物B之间进行震动摩擦，由于两者原子核对核外电子的束缚力不同，电子会发生转移，使得电负性强的载体A上带有电子，金属或尼龙颗粒物B表面带上正电荷；而由于电子密度的不同，电子会从密度大的地方转移到密度小的地方，即电负性强的载体A表面的电子会转移到锰氧化物C上；根据锰氧化物催化甲醛分解机理，锰氧化物上的电子越多，越促进氧负离子及羟基的产生，最终促进甲醛的分解。
2.一种颗粒状载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛装置，其特征在于，将负载有锰氧化物的电负性强的颗粒物与金属或尼龙颗粒物均匀混合后填装到截面为六角形蜂窝的管即六角形蜂窝管中，颗粒与颗粒之间具有空隙；含有甲醛的气体从六角形蜂窝管的一端进入，从另一端流出；当含有甲醛的气体流过混合颗粒中时，颗粒物会因受到气流的冲击产生震动摩擦，从而产生电子，增强锰氧化物去除甲醛的效率和寿命。
3.按照权利要求2所述的一种颗粒状载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛装置，其特征在于，六角形蜂窝管为倾斜的，入口端物理位置低于出口段物理位置，倾斜角度为0-15°；六角型蜂窝管材质最好对应的金属或尼龙。
4.按照权利要求2所述的一种颗粒状载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛装置，其特征在于，所述的颗粒物为球状颗粒物，负载有锰氧化物的电负性强的颗粒物与金属或尼龙颗粒物的体积比(8-5)：(2-5)，两者之和为10。
5.一种纤维状载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛的装置，其特征在于，将锰氧化物负载在电负性强的纤维状载体上；将负载有锰氧化物的电负性强的纤维状载体的一端固定，另一端悬空；金属网或纤维状尼龙同样一端固定，另一端自由悬空；负载有锰氧化物的电负性强的纤维状载体和金属网或纤维状尼龙平行交替间隔排列且之间具有空隙，当负载有锰氧化物的电负性强的纤维状载体和金属网或纤维状尼龙自由端摆动式，两者可以接触产生摩擦；含有甲醛的气体垂直通过负载有锰氧化物的电负性强的纤维状载体和金属网或纤维状尼龙时，负载有锰氧化物的电负性强的纤维状载体和金属网或纤维状尼龙会产生震动摩擦，进而发生电子的转移，使电负性强的纤维状载体上带有电子，金属网或纤维状尼龙表面带上正电荷，电负性强的纤维状载体表面的电子也会被传输到锰氧化物上，促进氧负离子及羟基的产生，增强锰氧化物去除甲醛的效率和寿命。
6.按照权利要求5所述的一种纤维状载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛的装置，其特征在于，纤维状尼龙和纤维状载体中所述的纤维为单根纤维或编制成网格型的纤维布；单根纤维时，平行交替间隔排列中，多根纤维并排成列形成一面状结构，然后此面状结构作为一单元再与另一物质进行平行交替间隔排列；为网格型的纤维布时，直接作为一单元与另一物质进行平行交替间隔排列。
7.按照权利要求5所述的一种纤维状载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛的装置，其特征在于，电负性强的纤维状载体上端固定，下端自由悬空，上端固定到一平面结构上，所述的平面结构物质与电负性强的纤维状载体为同一物质；金属网或纤维状尼龙下端固定，上端自由悬空，下端固定到一平面结构上，所述的平面结构与金属网或纤维状尼龙为同一物质。固定电负性强的纤维状载体的平面结构与固定金属网或纤维状尼龙的平面结构平行。
8.按照权利要求5所述的一种纤维状载体纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛的装置，其特征在于，整体面状结构的负载有锰氧化物的电负性强的纤维状载体和整体面状结构的金属网或纤维状尼龙分别至少相对的两端固定，然后平行独立的贴合在一起，中间可以摆动，气体垂直面通过，气体通过的过程中气体流速不稳，可以使得两者相互摩擦，增强锰氧化物去除甲醛的效率和寿命。
9.按照权利要求1-8任一项所述的方法或装置，其特征在于，电负性强的载体的材料为PI、PFA、PTFE、PDMS。
10.按照权利要求1-8任一项所述的方法或装置，其特征在于，用于到口罩、空气净化器中。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910844472.8A CN110681259B (zh) | 2019-09-06 | 2019-09-06 | 纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛效率和寿命的方法和结构装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910844472.8A CN110681259B (zh) | 2019-09-06 | 2019-09-06 | 纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛效率和寿命的方法和结构装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110681259A true CN110681259A (zh) | 2020-01-14 |
| CN110681259B CN110681259B (zh) | 2024-04-19 |
Family
ID=69108820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910844472.8A Active CN110681259B (zh) | 2019-09-06 | 2019-09-06 | 纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛效率和寿命的方法和结构装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110681259B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111545048A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-18 | 江苏卓高环保科技有限公司 | 一种催化分解甲醛材料及其制备的三维空腔甲醛净化滤芯 |
| CN111921557A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-11-13 | 北京工业大学 | 纳米摩擦电荷增强锰氧化物/高分子复合材料去除甲醛的装置和方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014139347A1 (zh) * | 2013-03-12 | 2014-09-18 | 国家纳米科学中心 | 一种滑动摩擦纳米发电机及发电方法 |
| CN105262365A (zh) * | 2015-09-29 | 2016-01-20 | 西南交通大学 | 一种草丛结构的纳米摩擦风能发电机 |
| CN106552713A (zh) * | 2015-11-26 | 2017-04-05 | 北京纳米能源与系统研究所 | 一种摩擦电除尘装置、除尘系统和除尘方法 |
| CN108872318A (zh) * | 2018-08-01 | 2018-11-23 | 电子科技大学 | 一种基于仿生鼻腔结构的自供能呼吸传感器及其制备方法 |
| CN211358364U (zh) * | 2019-09-06 | 2020-08-28 | 北京工业大学 | 纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛效率和寿命的结构装置 |
-
2019
- 2019-09-06 CN CN201910844472.8A patent/CN110681259B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014139347A1 (zh) * | 2013-03-12 | 2014-09-18 | 国家纳米科学中心 | 一种滑动摩擦纳米发电机及发电方法 |
| CN105262365A (zh) * | 2015-09-29 | 2016-01-20 | 西南交通大学 | 一种草丛结构的纳米摩擦风能发电机 |
| CN106552713A (zh) * | 2015-11-26 | 2017-04-05 | 北京纳米能源与系统研究所 | 一种摩擦电除尘装置、除尘系统和除尘方法 |
| CN108872318A (zh) * | 2018-08-01 | 2018-11-23 | 电子科技大学 | 一种基于仿生鼻腔结构的自供能呼吸传感器及其制备方法 |
| CN211358364U (zh) * | 2019-09-06 | 2020-08-28 | 北京工业大学 | 纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛效率和寿命的结构装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| J.L. W，ET AL.: "Graphene-assisted photothermal effect on promoting catalytic activity of layered MnO2 for gaseous formaldehyde oxidation", APPLIED CATALYSIS B: ENVIRONMENTAL * |
| J.Q. L，ET AL.: "Triboelectric filtering for air purification", NANOTECHNOLOGY * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111545048A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-18 | 江苏卓高环保科技有限公司 | 一种催化分解甲醛材料及其制备的三维空腔甲醛净化滤芯 |
| CN111921557A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-11-13 | 北京工业大学 | 纳米摩擦电荷增强锰氧化物/高分子复合材料去除甲醛的装置和方法 |
| CN111921557B (zh) * | 2020-06-19 | 2024-06-04 | 北京工业大学 | 纳米摩擦电荷增强锰氧化物/高分子复合材料去除甲醛的装置和方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110681259B (zh) | 2024-04-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7344270B2 (ja) | ガス状汚染物質の除去における改善された効率性のための表面改質炭素及び吸着剤 | |
| CN107174919B (zh) | 石墨烯改性的复合介孔碳微球空气净化剂 | |
| CN1218778C (zh) | 负载型光催化净化网块的制备方法 | |
| CN107185493B (zh) | 石墨烯改性的复合介孔碳微球空气净化剂制备方法 | |
| CN107362788A (zh) | 一种氧化石墨烯/二氧化钛‑活性炭三维复合材料及其制备方法 | |
| CN204084734U (zh) | 空气净化系统 | |
| CN106902574B (zh) | 一种基于玻璃纤维和氧化铝纤维骨架的空气净化滤芯及其制备方法和应用 | |
| Yang et al. | Elemental mercury removal from flue gas over TiO2 catalyst in an internal-illuminated honeycomb photoreactor | |
| CN110681259A (zh) | 纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛效率和寿命的方法和结构装置 | |
| EP3520880A1 (en) | A multi purpose composite gas filter | |
| CN211358364U (zh) | 纳米摩擦增强锰氧化物去除甲醛效率和寿命的结构装置 | |
| Chen et al. | Recent developments on catalytic membrane for gas cleaning | |
| Balayeva et al. | Integrated processes involving adsorption, photolysis, and photocatalysis | |
| KR20020009353A (ko) | 배기가스중 질소산화물 및 다른 유해물질을 제거하는데사용되는 복합 촉매 및 그 제조방법 | |
| CN102527321A (zh) | 一种空气净化材料及其制备方法 | |
| CN110354892B (zh) | 氧化物改性mcm-48分子筛的制备方法及其在脱硝协同脱汞中的应用 | |
| CN113813915B (zh) | 一种双功能吸附剂及其制备方法与应用 | |
| CN101081304B (zh) | 一种空气净化材料及其制备工艺 | |
| Zhang et al. | A Novel Sustainable Semiconductor/Metal-organic Framework Coated Electret Filter for Simultaneous Removal of PM2. 5 and VOCs | |
| CN112844430B (zh) | 臭氧分解催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN105276754A (zh) | 空气净化系统 | |
| CN112058308B (zh) | 有机-无机复合甲醛催化组合物及制备方法、空气净化滤芯 | |
| Zheng et al. | Comparing the Photocatalytic Oxidation Efficiencies of Elemental Mercury Using Metal-Oxide-Modified Titanium Dioxide under the Irradiation of Ultra-Violet Light | |
| Afshari et al. | Effect of portable gas-phase air cleaners on indoor air quality | |
| Nehra et al. | Removal of air pollutants using graphene nanocomposite |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |