CN112138680B - 金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂及其制备方法和应用，具体是将具有等离激元效应的小尺寸金纳米颗粒和氯化铁分散在氯化钨前驱体乙醇溶液中，通过高温高压反应一步制备金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂。本发明通过掺杂过渡金属离子增加空穴浓度和催化剂表面的活性位点浓度，再通过具有等离激元效应的金纳米颗粒改善电子和空穴分离，极大提高了金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨对甲醛的催化性能，同时具有制备方法简单、成本低廉等特点。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术领域，具体涉及金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
室内建筑材料、装修材料、装饰材料、清洁剂、杀虫剂、消毒剂等各种化学试剂充斥在生活的方方面面，这便产生了以甲醛为主的有机物。甲醛为无色透明气体，有刺激性气味，对眼、鼻、喉、肺、肝、免疫系统等具有严重危害。甲醛的毒性较高，已被世界卫生组织确定为高致癌和致畸形物质。因此，去除室内或者封闭环境中的甲醛是未来很长一段时间亟需解决的问题。
室内除甲醛技术包括物理吸附法、光触媒、氧化法等。物理吸附法主要采用活性炭、硅藻泥等多孔材料物理吸附甲醛分子，但该方法除甲醛效率较低且甲醛吸附饱和后容易在湿度、温度等外界条件影响下重新释放；光触媒法是近年来迅速发展起来的可以直接利用太阳能进行环境净化的新技术，利用紫外线激发使吸附于催化剂表面的有机污染物降解为二氧化碳，但室内紫外光强度较低且夜晚无光环境下功效甚低；氧化法主要是采用活性催化剂直接将吸附在表面的甲醛分子降解。贵金属如Pt、Pd、Ag、Au等是活性最强的一类催化降解甲醛材料，通常将贵金属负载于多孔氧化铝、二氧化硅、二氧化钛等惰性氧化物中使用。贵金属催化剂往往在室温下就能将甲醛气体完全氧化为CO2和H2O。将具有等离激元效应的小尺寸金纳米颗粒与铁离子掺杂氧化钨复合制备金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨催化剂，与其它室内除甲醛技术相比具备反应迅速高效，不产生二次污染等优点。小尺寸金纳米颗粒可显著改善单子和空穴的分离，提高催化活性，而铁离子掺杂氧化钨可产生更多活性位点，提高甲醛分子吸附性，在除甲醛领域具有广阔的发展前景和应用市场。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂及其制备方法和应用，本发明可以获得成本低、稳定性好、甲醛去除率高的室温催化剂，具有重要的经济价值。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明提供了金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)、配制氯金酸水溶液、硼氢化钠水溶液、WCl6乙醇溶液；
(2)、在搅拌下，将聚乙烯吡咯烷酮溶解在步骤(1)中配制的氯金酸水溶液中，再逐滴加入步骤(1)中配制的硼氢化钠水溶液，得到金胶体；
(3)、将步骤(2)中制备的金胶体分散在丙酮中沉淀，离心后，将沉淀物用无水乙醇洗涤，分散在乙醇中，形成金胶体乙醇溶液；
(4)、将FeCl3溶解在步骤(1)中制得的WCl6乙醇溶液中，得到混合液;
(5)、将步骤(3)的金胶体乙醇溶液与步骤(4)制备的混合液混合，搅拌，然后反应制得催化剂粉体；
(6)、将步骤(5)中所制备的催化剂粉体分别用无水乙醇和去离子水清洗，干燥，制得金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂。
进一步的，所述步骤(1)中的氯金酸水溶液的浓度为20mmol/L ~60mmol/L。
进一步的，所述步骤(1)中的硼氢化钠水溶液的浓度为10mol/L ~40mol/L。
进一步的，所述步骤(1)中的氯化钨乙醇溶液的浓度为5g/L ~20g/L。
进一步的，所述步骤(2)中每100mL氯金酸水溶液中溶解聚乙烯吡咯烷酮的质量为0.5g ~2.5g。
进一步的，所述步骤(4)中混合液中铁离子浓度为2mmol/L ~5mmol/L。
进一步的，所述步骤(6)中的氧化钨的分子式为W18O49。
本发明还提供了所述的制备方法制得的金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂。
进一步的，所述催化剂在黑暗无光、20℃~100℃下的甲醛去除率均为100%。
本发明还提供了所述的金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂在用于家居、汽车、空调、风扇、涂料、粘结剂的除甲醛剂中的应用。
进一步的，所述步骤（1）中氯金酸水溶液浓度为40mmol/L，硼氢化钠水溶液的浓度为25mol/L， WCl6乙醇溶液的浓度为10g/L。
进一步的，所述步骤(5)中反应温度为150℃~250℃，反应时间为10小时~30小时。
与现有技术相比，本发明的优点和技术效果是：
1、本发明充分利用氧化钨独特的空穴传输特性，通过高温高压反应，实现铁离子掺杂氧化钨催化剂的制备。通过提高氧化钨的空穴浓度和表面活性位点浓度，实现甲醛高效吸附和原位催化，铁掺杂氧化钨催化剂的甲醛催化效率明显提升。
2、本发明制备的室温除甲醛催化剂中引入了具有等离激元效应的小尺寸金纳米颗粒，金纳米材料与铁掺杂氧化钨的协同效应进一步提高了除甲醛效率；同时，小尺寸金纳米颗粒可明显改善电子和空穴的分离，而且避免了大量贵金属金的使用，降低了生产成本。
3、此外，本发明中采用简单的一步制备技术，制备方法简单，改进空间较大。所制备的金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂在黑暗无关、20℃~100℃下的甲醛去除率均为100%。
附图说明
图1为本发明所制备的金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂在不同温度下的甲醛去除率。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
实施例1
本发明所述金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂的制备方法包括以下步骤：
1、配制浓度为40mmol/L的氯金酸水溶液，配制浓度为25mol/L的硼氢化钠水溶液，配制浓度为10g/L的氯化钨（WCl6）乙醇溶液；
2、在磁力搅拌下，将0.5g聚乙烯吡咯烷酮溶解在40mL步骤1中配制的氯金酸水溶液中，再逐滴加入步骤1中配制的硼氢化钠水溶液制备金胶体；
3、将步骤2中制备的金胶体分散在丙酮中沉淀，经高速离心后，采用无水乙醇多次洗涤沉淀物，并最终分散在20mL乙醇中形成金胶体乙醇溶液；
4、将FeCl3溶解在步骤1中制得的WCl6乙醇溶液中，铁离子的浓度为3.36mmol/L，混合溶液的体积为150mL；
5、将20mL步骤3中的金胶体乙醇溶液与步骤4制备的溶液混合，将混合溶液先室温搅拌0.5小时；然后置于高压反应釜中，在200℃下反应20小时制得催化剂粉体；
6、将步骤5中所制备的粉体分别用无水乙醇和去离子水清洗，之后在65℃下真空干燥24小时，制备金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂。
通过上述方法，如图1所示，获得在黑暗无光、20℃~100℃下的甲醛去除率均为100%的金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂。本发明所述的金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂可以作为家居、汽车、空调、风扇、涂料、粘结剂等除甲醛剂中的应用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂在室温除甲醛中的应用，其特征在于：所述金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂的制备方法包括以下步骤：
(1)、配制氯金酸水溶液、硼氢化钠水溶液、WCl6乙醇溶液；所述WCl6乙醇溶液的浓度为5g/L~ 20g/L；
(2)、在搅拌下，将聚乙烯吡咯烷酮溶解在步骤(1)中配制的氯金酸水溶液中，再逐滴加入步骤(1)中配制的硼氢化钠水溶液，得到金胶体；
(3)、将步骤(2)中制备的金胶体分散在丙酮中沉淀，离心后，将沉淀物用无水乙醇洗涤，分散在乙醇中，形成金胶体乙醇溶液；
(4)、将FeCl3溶解在步骤(1)中制得的WCl6乙醇溶液中，得到混合液；所述混合液中铁离子浓度为2mmol/L~ 5mmol/L；
(5)、将步骤(3)的金胶体乙醇溶液与步骤(4)制备的混合液混合，搅拌，然后反应制得催化剂粉体；
(6)、将步骤(5)中所制备的催化剂粉体分别用无水乙醇和去离子水清洗，干燥，制得金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂。
2.根据权利要求1所述的金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂在室温除甲醛中的应用，其特征在于：所述步骤(1)中的氯金酸水溶液的浓度为20mmol/L~ 60mmol/L。
3.根据权利要求1所述的金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂在室温除甲醛中的应用，其特征在于：所述步骤(1)中的硼氢化钠水溶液的浓度为10mol/L~ 40mol/L。
4.根据权利要求1所述的金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂在室温除甲醛中的应用，其特征在于：所述步骤(2)中每100mL氯金酸水溶液中溶解聚乙烯吡咯烷酮的质量为0.5g~2.5g。
5.根据权利要求1所述的金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂在室温除甲醛中的应用，其特征在于：所述步骤(6)中的氧化钨的分子式为W18O49。
6.根据权利要求1所述的金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂在室温除甲醛中的应用，其特征在于：所述金纳米颗粒/铁掺杂氧化钨室温除甲醛催化剂在黑暗无光、20℃~100℃下的甲醛去除率均为100%。
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