CN114522679A - 催化降解甲醛的催化剂和制备方法、滤网以及空气净化装置 - Google Patents

催化降解甲醛的催化剂和制备方法、滤网以及空气净化装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出了用于催化降解甲醛的催化剂和制备方法、滤网以及空气净化装置，催化剂含有锰氧化物，锰氧化物的X射线衍射图谱在24.8±2.0°、36.9±2.0°和66.3±2.0°具有特征峰。锰氧化物催化降解甲醛具有降解效率高、无污染和廉价等优点。

Description

催化降解甲醛的催化剂和制备方法、滤网以及空气净化装置
技术领域
本发明涉及催化领域，具体地，涉及催化降解甲醛的催化剂和制备方法、滤网以及空气净化装置。
背景技术
近年来，室内环境质量备受人们的关注，在人们生活工作的室内空间空气中不仅含有大量颗粒物(如灰尘、尘埃、烟尘、矿尘、砂尘、粉末等)，同时还有很多气态的无机物污染物和挥发性有机污染物(如氮氧化物、臭氧、甲醛、甲苯、二甲苯等)。其中甲醛是一种常见的室内空气污染物，主要从室内的建筑材料和装饰物中释放出来，甲醛污染物在室内环境具有潜伏期长，释放源多，缓慢释放、持久污染等特点，具有刺激毒性，是一种致癌物质，可经由吸入及皮肤接触而影响人体健康。室内空气质量与人们身体健康密不可分，空气净化材料也因此引起了人们的广泛关注。目前，常见的活性炭吸附型空气净化器中的活性炭易吸收饱和，受热容易向外解吸污染物并形成二次污染，同时伴有回收再生率差，有效使用时间短的问题。
因此，催化降解甲醛的催化剂和制备方法、滤网以及空气净化装置仍有待改进。
发明内容
在本申请的一个方面，本发明提出了一种用于催化降解甲醛的催化剂，所述催化剂含有锰氧化物，所述锰氧化物的X射线衍射图谱在24.8±2.0°、36.9±2.0°和66.3±2.0°具有特征峰。锰氧化物催化降解甲醛具有降解效率高、无污染和廉价等优点。
根据本发明的实施例，所述锰氧化物的X射线衍射图谱在24.8±1.0°、36.9±1.0°和 66.3±1.0°具有特征峰。由此，可进一步提高锰氧化物催化降解甲醛的性能。
根据本发明的实施例，所述锰氧化物的X射线衍射图谱在24.8±0.5°、36.9±0.5°和 66.3±0.5°具有特征峰。由此，可进一步提高锰氧化物催化降解甲醛的性能。
根据本发明的实施例，所述催化剂包括球形颗粒。由此，可提高催化剂的催化活性。
根据本发明的实施例，所述球形颗粒的表面为凹凸结构。由此，可进一步提高催化剂的催化活性。
根据本发明的实施例，所述球形颗粒与相邻所述球形颗粒间通过网状结构的所述催化剂相连。由此，可进一步提高催化剂的催化活性。
根据本发明的实施例，所述催化剂的中值粒径为0.1-1.5微米。由此，催化剂材料的整体催化性能较好。
根据本发明的实施例，所述催化剂的比表面积为10-150平方米/克。由此，可提高该催化剂的催化效果。
根据本发明的实施例，所述催化剂的比表面积为10-100平方米/克。由此，可进一步提高该催化剂的催化效果。
根据本发明的实施例，所述催化剂的比表面积为35-75平方米/克。由此，可进一步提高该催化剂的催化效果。
根据本发明的实施例，所述催化剂中Mn4+含量大于Mn3+。由此，可进一步提高该催化剂的催化效果。
根据本发明的实施例，所述催化剂中的锰元素的平均氧化态为3.5-4.0。由此，有利于提高锰氧化物的催化活性。
根据本发明的实施例，所述锰元素的所述平均氧化态为3.6-3.8。由此，有利于进一步提高锰氧化物的催化活性。
根据本发明的实施例，所述催化剂中Mn4+和Mn3+的原子比为1.2-5.4。由此，有利于提高锰氧化物的催化活性。
根据本发明的实施例，所述催化剂中所述Mn4+和Mn3+的原子比为1.5-3。由此，有利于进一步提高锰氧化物的催化活性。
根据本发明的实施例，所述催化剂中的锰元素含量的质量百分比为50±15wt％。由此，有利于进一步提高锰氧化物的催化活性。
根据本发明的实施例，所述催化剂中锰元素含量的质量百分比为50±5wt％。由此，有利于进一步提高锰氧化物的催化活性。
在本发明的另一个方面，本发明提出了一种制备前面所述的用于催化降解甲醛的催化剂的方法，该方法包括：将高锰酸盐配置形成第一反应溶液；将还原剂配置形成还原剂溶液；将所述还原剂溶液加入至所述第一反应溶液中形成混合溶液以进行反应，令所述混合溶液中所述还原剂与所述高锰酸盐的摩尔比为(1～5)：1，以获得所述锰氧化物催化剂。该方法具有制备过程简单、操作简便、原料成本低等优点，所合成的锰氧化物催化剂具有前面的用于催化降解甲醛的催化剂所具有的全部特征及优点，在此不再赘述。
根据本发明的实施例，该方法进一步包括：在配置形成所述第一反应溶液前加热所述第一反应溶液的溶剂。由此，有助于更好地溶解高锰酸盐。
根据本发明的实施例，加热所述第一反应溶液的所述溶剂的温度为25-50摄氏度。当加热温度在上述范围内既可以提高溶质的溶解度，又不会使溶剂挥发产生浪费及污染。
根据本发明的实施例，该方法进一步包括：在形成所述混合溶液后加热所述混合溶液。由此，可以缩短反应时间，加速反应进程。
根据本发明的实施例，加热所述混合溶液的温度为80-100摄氏度。当加热温度在上述范围内既可以加快反应进度，又不会使得混合溶液挥发影响产率。
根据本发明的实施例，加热所述混合溶液的时间为10-24h。由此，有助于合成催化降解甲醛性能良好的锰氧化物催化剂。
根据本发明的实施例，所述还原剂的加入速率为50±10L/min。由此，可以进一步提高还原剂在第一反应溶液中的分散性。
根据本发明的实施例，所述高锰酸盐为高锰酸钾或高锰酸钠中的至少一种。由此，可以进一步降低制备成本。
根据本发明的实施例，所述还原剂包括酸类还原剂和醇类还原剂中的至少之一。由此，可将正七价的锰元素还原得到Mn4+和Mn3+。
根据本发明的实施例，所述还原剂中所述酸类还原剂与所述醇类还原剂的摩尔比例为 (0～1)：2，且不含0。由此，可提高还原剂的还原效果。
根据本发明的实施例，所述酸类还原剂与所述醇类还原剂的摩尔比例为1：3。由此，可进一步提高还原剂的还原效果。
在本发明的又一个方面，本发明提出了一种滤网，滤网上含有前面所述的催化剂。由此，该滤网具有前面提到的用于催化降解甲醛的催化剂所具有的全部特征及优点，在此不再赘述。在本发明的又一个方面，本发明提出了一种空气净化装置，所述空气净化装置内具有前面所述的滤网。由此，该空气净化装置具有前面提到的滤网所具有的全部特征及优点，在此不再赘述。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本发明一个实施例的用于催化降解甲醛的催化剂的X射线衍射图；
图2显示了根据本发明一个实施例的用于催化降解甲醛的催化剂的扫描电镜图；
图3显示了根据本发明一个制备用于催化降解甲醛的催化剂的方法的流程示意图；
图4显示了根据本发明一个制备用于催化降解甲醛的催化剂的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本申请旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
在本申请的一个方面，参考图1，本发明提出了一种用于催化降解甲醛的催化剂，催化剂含有锰氧化物，锰氧化物的X射线衍射图谱在24.8±2.0°、36.9±2.0°和66.3±2.0°具有特征峰。锰氧化物催化降解甲醛具有降解效率高、无污染和廉价等优点。当锰氧化物的X射线衍射图谱具有上述特征峰时，该锰氧化物的综合性能较高，具有较高的催化活性，能够降低锰氧化物表面吸附氧的表观活化能，吸附氧容易发生活化，且具有上述特征峰的锰氧化物的表面氧空位较多，提高了锰氧化物与氧的结合能力，提高了催化活性。
根据本发明的一些实施例，锰氧化物的X射线衍射图谱具有特征峰的角度不受特别限制，例如锰氧化物的X射线衍射图谱可以在24.8±1.0°、36.9±1.0°和66.3±1.0°具有特征峰，具体地，锰氧化物的X射线衍射图谱可以在24.8±0.5°、36.9±0.5°和66.3±0.5°具有特征峰。
根据本发明的一些实施例，制备的锰氧化物中Mn重量百分比不受特别限制，例如锰氧化物中Mn重量百分比可以为40％-70％，具体地，锰氧化物中Mn重量百分比可以为45％-55％。当锰氧化物中的Mn重量百分比位于上述优选范围时，锰氧化物中的Mn元素能形成大比表面积且高催化活性的晶型结构，从而能有效提高锰氧化物表面吸附氧容量和催化活性。
根据本发明的一些实施例，参考图2，催化剂颗粒的形状不受特别限制，例如催化剂颗粒的形状可以为球形。本领域技术人员可以理解的是，催化剂颗粒的球形形状一般包括球形、类球形和椭球形等相近球形形状，催化剂颗粒的表面可以为光滑表面，也可以为含有一定凸起和凹陷的非光滑表面。
根据本发明的一些实施例，当催化剂为球形颗粒时，球形颗粒的的表面不受特别限制，例如球形颗粒的的表面可以为凹凸结构。当催化剂颗粒的表面为凹凸结构时，颗粒表面的凹凸结构进一步暴露了催化剂的活性面积，暴露更多的活性位点，进而进一步提高催化剂的催化活性。
根据本发明的一些实施例，当催化剂为球形颗粒时，球形颗粒与相邻球形颗粒间的连接方式不受特别限制，例如球形颗粒与相邻球形颗粒间可以通过网状结构的催化剂相连。当球形颗粒以上述方式相连时，催化剂的球形颗粒为降解甲醛提供较多的催化活性点。催化剂的网状结构为催化剂提供较多的孔隙，有利于甲醛与活性氧在催化剂表面的结合以及甲醛在催化剂内部的扩散，进而提高催化降解甲醛的效率。网状结构还可以进一步限制球形颗粒之间的距离，使得球形颗粒能够较为松散的排布，从而提高锰氧化物催化剂的表面积，进而暴露更多的催化活性点，提高催化降解甲醛的效率。
在本申请中，发明人发现：与其它形状的催化剂相比，当催化剂具有的相同表面积时，催化剂形状为球形时的催化剂体积较大。当催化剂有孔道且为开口孔时，形状为球形的催化剂活性位点较多，催化降解甲醛的催化活性较高。
根据本发明的一些实施例，催化剂的中值粒径不受特别限制。具体地，催化剂的中值粒径的范围可以为0.1-1.5微米。当催化剂的中值粒径在上述范围内时，颗粒粒径较小，能够提供较多的比表面积，从而能够提供较多的表面氧空位，能够使较多的氧原子与锰氧化物表面结合并活化，提高甲醛与活性氧的结合及反应能力，提高催化效率。当催化剂颗粒的中值粒径小于0.1微米时，催化剂颗粒的尺寸过小，实际应用中单位面积上所能负载催化剂颗粒的聚集度较高，颗粒与颗粒之间相互接触面积较大且更易团聚堆积，暴露活性位点数较少，催化性能较差。当催化剂颗粒的中值粒径大于1微米时，催化剂颗粒的尺寸过大，实际应用中单位面积上所能负载的催化剂颗粒较少，催化性能较差。
根据本发明的一些实施例，吸附总量等于覆盖率乘上表面积，对于同一种材料，特定气体在其表面的覆盖率是一定的，此时若材料的比表面积越大，则材料整体的吸附总量越多。但对于催化甲醛的催化剂而言，需要催化剂内的活性位点与含有甲醛的气体接触实现催化降解，因此比表面积过大、催化剂孔隙过深也将导致催化性能的下降。具体地，催化剂的比表面积不受特别限制，例如催化剂的比表面积的范围可以为10-150平方米/克，具体地，催化剂的比表面积的范围可以为10-100平方米/克，具体地，催化剂的比表面积的范围可以为35-75平方米/克。当催化剂的比表面积小于10平方米/克时，相同质量下，催化剂材料暴露的活性面积过小，即单位质量的活性位点数较少，催化性能较差。当催化剂的比表面积大于150平方米/克时，待催化降解气体在材料内部与活性位点充分接触所需时间较长，催化降解速率较慢。
根据本发明的一些实施例，催化剂中的锰元素的平均氧化态不受特别限制，当锰氧化物中的锰元素价态为Mn4+和Mn3+，两种价态的锰元素形成八面体分子筛构型，有利于提高锰氧化物的催化活性。催化剂中Mn4+和Mn3+的含量关系不受特别限制，例如催化剂中Mn4+含量可以大于Mn3+，当催化剂中Mn4+和Mn3+的含量关系为Mn4+含量大于Mn3+时，可有效提高催化剂表面吸附氧的活性，进而进一步提高催化剂催化降解甲醛的性能
根据本发明的一些实施例，催化剂中的锰元素的平均氧化态不受特别限制，例如催化剂中的锰元素的平均氧化态的范围可以为3.5-4.0；具体地，锰元素的平均氧化态的范围可以为3.6-3.8。当催化剂中锰元素的平均氧化态小于3.5时，催化剂表面吸附氧的催化活性下降，从而降低催化剂对甲醛催化降解的性能。当催化剂中锰元素的平均氧化态大于4时，无法形成大比表面积且高催化活性的晶型结构，从而导致锰氧化物表面吸附氧容量和催化活性下降。
根据本发明的一些实施例，催化剂中Mn4+和Mn3+的原子比不受特别限制，适当的原子比有利于提高锰氧化物的催化活性。例如催化剂中Mn4+和Mn3+的原子比的范围可以为1.2-5.4，具体地，催化剂中Mn4+和Mn3+的原子比的范围可以为1.5-3。当催化剂中Mn4+和 Mn3+的原子比的不位于上述范围时，催化剂不具有较大比表面积且高催化活性的晶型结构，从而导致表面吸附氧容量和催化活性下降，催化除甲醛性能下降。
根据本发明的一些实施例，催化剂中的锰元素含量的质量百分比不受特别限制，例如催化剂中的锰元素含量的质量百分比范围可以为50±15wt％，具体地，催化剂中锰元素含量的质量百分比范围可以为为50±5wt％。当催化剂中的锰元素含量的质量百分比位于上述范围内时，催化剂表面吸附氧的催化活性较高，催化剂为大比表面积且高催化活性的晶型结构，有利于进一步提高催化剂催化降解甲醛的性能。在本发明的另一个方面，本发明提出了一种制备前面的用于催化降解甲醛的催化剂的方法，该方法具有制备过程简单、操作简便、原料成本低等优点。该方法制备的用于催化降解甲醛的催化剂的具备与上述的用于催化降解甲醛的催化剂相同的特征以及优点，在此不再赘述。其中，由高锰酸盐配置形成的第一反应溶液与由还原剂配置形成的还原剂溶液混合所形成混合溶液中还原剂与高锰酸盐的摩尔比为(1～5)：1。当还原剂与高锰酸盐的摩尔比为(1～5)：1时，所制备的锰氧化物催化剂平均氧化态处于3.5-4.0之间，所制备的锰氧化物催化剂平均氧化态和Mn4+和Mn3+的原子比达到较优的范围，利于形成大比表面积且高催化活性的晶型结构，从而有利于增强锰氧化物的催化活性。
具体地，参考图3，该方法可包括以下步骤：
S100：将高锰酸盐配置形成第一反应溶液；
根据本发明的一些实施例，可以通过高锰酸盐的来源广泛，成本低等优点降低成本。高锰酸盐的种类不受特别限制，例如高锰酸盐可以为高锰酸钾或高锰酸钠中的至少一种。
S200：将还原剂配置形成还原剂溶液；
根据本发明的一些实施例，还原剂可将最高价态的锰元素还原得到Mn4+和Mn3+。还原剂的不受特别限制，例如还原剂可以包括酸类还原剂和醇类还原剂中的至少之一。优选还原剂为酸类还原剂与醇类还原剂的共混物。根据本发明的实施例，酸类还原剂的种类不受特别限制，具体地，酸类还原剂可以为甲酸、油酸、草酸、乙二酸中的一种或混合物。根据本发明的实施例，醇类还原剂的种类不受特别限制，具体地，醇类还原剂可以为苯甲醇、甲醇、乙醇、乙二醇中的一种或混合物。
根据本发明的一些实施例，当采用单一酸类还原剂对高锰酸盐进行还原时，正七价锰元素被还原成Mn2+，当采用单一醇类还原剂对高锰酸盐进行还原时，正七价锰元素被换成生成二氧化锰。当采用酸类还原剂与醇类还原剂的共混物对高锰酸盐进行还原时，有利于形成锰元素价态为三价和四价的锰氧化物。还原剂中酸类还原剂与醇类还原剂的摩尔比例不受特别限制，例如还原剂中酸类还原剂与醇类还原剂的摩尔比例的范围可以为(0～1)：2，具体地，酸类还原剂与醇类还原剂的摩尔比例的范围可以为1：3。当酸类还原剂与醇类还原剂的摩尔比例位于上述范围时，所制备的锰氧化物催化剂能实现较优的平均氧化态和较优的Mn4+和Mn3+的原子比，利于形成大比表面积且高催化活性的晶型结构，从而有利于增强锰氧化物的催化活性。当酸类还原剂与醇类还原剂的摩尔比例位于上述范围时，高锰酸盐中的高价态锰不利于被还原成优选原子比的Mn4+和Mn3+，以优选平均氧化态，从而不利于形成大比表面积且高催化活性的晶型结构的锰氧化物。
S300：将还原剂溶液加入至第一反应溶液中形成混合溶液，
根据本发明的一些实施例，将还原剂缓慢加入第一反应溶液中可以进一步提高还原剂在第一反应溶液中的分散性。还原剂的加入速率为50±10L/min。当还原剂的加入速率为 50±10L/min时，有助于控制混合溶液中还原剂与高锰酸盐的摩尔比为(1～5)：1，且有助于还原剂与高锰酸盐充分反应，从而以获得较高产率的锰氧化物催化剂。当还原剂的加入速率大于50±10L/min时，还原剂与第一反应溶液中的高锰酸盐无法均匀混合，不能起到充分反应的效果。当还原剂的加入速率小于50±10L/min时，第一反应溶液中的还原剂浓度不足以立即还原高锰酸盐生成锰氧化物，反应速度较慢，反应时间较长。
为了进一步提高高锰酸盐在第一反应溶液中的溶解度，在配置第一反应溶液之间可以先对第一反应溶液的溶剂进行加热，参考图4，具体步骤如下：
S10：在配置形成第一反应溶液前加热第一反应溶液的溶剂。
根据本发明的一些实施例，在配置形成第一反应溶液前加热第一反应溶液的溶剂有助于提高高锰酸盐的溶解。加热第一反应溶液的溶剂的温度不受特别限制，例如加热第一反应溶液的溶剂的温度范围可以为25-50摄氏度。当加热第一反应溶液的溶剂的温度小于25 摄氏度时，对于高锰酸盐在第一反应溶液中溶解度的提升效果不明显，且反应的速率下降。当加热第一反应溶液的溶剂的温度大于50摄氏度时，第一反应溶液的溶液易发挥，不利于高锰酸盐的还原反应生成锰氧化物。
为了进一步提高高锰酸盐被还原生成锰氧化物的反应速度，在形成混合溶液后可以对混合溶液进行加热，参考图4，具体步骤如下：
S20：在形成混合溶液后加热混合溶液。
根据本发明的一些实施例，在形成混合溶液后加热混合溶液可以缩短反应时间，加速反应进程。加热混合溶液的温度的不受特别限制，具体地，加热混合溶液的温度范围可以为80-100摄氏度。当加热混合溶液的温度小于80摄氏度时，对于提高高锰酸盐被还原生成锰氧化物的反应速度效果不明显。当加热混合溶液的温度大于100摄氏度时，混合溶液中的还原剂易于挥发，使得高锰酸盐易于析出，反应产率降低。
根据本发明的一些实施例，加热混合溶液的时间不受特别限制，例如加热混合溶液的时间范围可以为10-24h。当加热混合溶液的时间小于10h时，反应时间较短，高锰酸钾的还原反应进行不完全，反应产率较低，反应产物中仅含有少量二氧化锰催化剂以及大量杂志。当当加热混合溶液的时间大于24h时，反应时间过长，在混合溶液中的高锰酸钾已经完全被还原生成二氧化锰后继续延长反应时间，会造成不必要的能源损耗，不利于制造成本控制和环境保护。
在本发明的又一个方面，本发明提出了一种滤网，滤网上含有前面提到的催化剂。由此，该滤网具有前面提到的用于催化降解甲醛的催化剂所具有的全部特征及优点，在此不再赘述。
在本发明的又一个方面，本发明提出了一种空气净化装置，空气净化装置内具有前面提到的滤网。由此，该空气净化装置具有前面提到的滤网所具有的全部特征及优点，在此不再赘述。
下面通过具体的实施例对本申请的方案进行说明，需要说明的是，下面的实施例仅用于说明本申请，而不应视为限定本申请的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1：
1.在反应釜中加入去离子水，进行加热，加热温度为35摄氏度。
2.将高锰酸钾投入到反应釜中形成第一反应溶液，溶液浓度为0.06克/立方厘米，充分搅拌溶解2h。
3.配置摩尔比为1:4的油酸与苯甲醇共混物的还原剂溶液。
4.将还原剂溶液以50L/min速率滴加到高锰酸钾溶液中形成混合溶液，令混合溶液中高锰酸钾与还原剂的摩尔比为1：3。
5.对混合溶液进行水浴加热，控制反应温度为90摄氏度，持续反应12h。
6.对反应产物进行抽滤分离，并用去离子水进行清洗，至清洗后溶液pH值为中性为止。将沉淀物在110摄氏度下干燥，并采用磨粉机将干燥后的沉淀物磨成细粉。
结果表明：制备的锰氧化物的XRD检测谱图在24.8°、36.9°和66.3°处出现衍射峰，锰氧化物中Mn重量百分比为55％。锰氧化物中Mn呈多价态，其中Mn4+含量大于Mn3+， Mn4+含量与Mn3+含量的比值为2.6。Mn的平均氧化态为3.7。锰氧化物呈现出类微纳米球状，中值粒径为0.5微米。表面有很多疏松的孔道间隙，比表面积为70平方米/克。
为了进一步表征锰氧化物催化剂的除甲醛性能的稳定性，还对其进行了除甲醛寿命及毒化实验测试，具体步骤如下：
测试容器为30立方米的密闭测试舱，200g锰氧化物催化剂附载在净化器的进风口滤网上，向30立方米测试舱中的加热模块加入30mg甲醛，开启加热模块和循环风扇，使1 立方米空间中甲醛混合均匀稳定10min。开启加热模块和循环风扇，使30m3空间中甲醛混合均匀稳定10min，在甲醛净化至0mg后(约合2h)，开测试舱通风并注入新的甲醛；以此反复进行1000次。在此反复测试过程中穿插毒化试验8次，毒化试验的实验操作与上述除甲醛寿命测试操作相同，所不同的是甲醛注入量为900mg，8次高浓度测试依次穿插在除甲醛寿命测试的第5/25/75/150/200/400/600/900次。
30m3测试舱中单次注入30mg甲醛，重复进行1000次，30min净化效率测试结果如下，结果表明锰氧化物材料能够长效催化降解甲醛不衰减。
注射次序 1 10 50 100 300 500 700 1000
30min净化效率(％) 89.3 90.1 90.0 90.2 90.4 89.6 91.1 90.2
30立方米测试舱中单次注入900mg甲醛，重复进行8次高浓度的甲醛毒化测试，经过 8次高浓度的毒化后锰氧化物依然保持正常甲醛净化效率
注射次序 5 25 75 150 200 400 600 900
毒化后净化效率(％) 98.9 98.5 99.4 98.7 99.3 99.1 98.9 98.5
实施例2：
1.在反应釜中加入去离子水，进行加热，加热温度为40摄氏度。
2.将高锰酸钾投入到反应釜中形成第一反应溶液，溶液浓度为0.05克/立方厘米，充分搅拌溶解2h。
3.配置摩尔比为1:3的油酸与苯甲醇共混物的还原剂溶液。
4.将还原剂溶液以45L/min速率滴加到高锰酸钾溶液中形成混合溶液，令混合溶液中高锰酸钾与还原剂的摩尔比为1：4。
5.对混合溶液进行水浴加热，控制反应温度为85摄氏度，持续反应12h。
6.对反应产物进行抽滤分离，并用去离子水进行清洗，至清洗后溶液pH值为中性为止。将沉淀物在90摄氏度下干燥，并采用磨粉机将干燥后的沉淀物磨成细粉。
结果表明：制备的锰氧化物的XRD检测谱图在24.8°、36.9°和66.3°处出现衍射峰，锰氧化物中Mn重量百分比为56.2％。锰氧化物中Mn呈多价态，其中Mn4+含量大于Mn3+， Mn4+含量与Mn3+含量的比值为2.86。Mn的平均氧化态为3.62。锰氧化物呈现出类微纳米球状，中值粒径为0.1微米。表面有很多疏松的孔道间隙，比表面积为68平方米/克。
为了进一步表征锰氧化物催化剂的除甲醛性能的稳定性，还对其进行了除甲醛寿命及毒化实验测试，具体步骤与实施例1相同，在此不再赘述，测试结果如下：
30m3测试舱中单次注入30mg甲醛，重复进行1000次，30min净化效率测试结果如下，结果表明锰氧化物材料能够长效催化降解甲醛不衰减。
Figure RE-GDA0002949135390000091
Figure RE-GDA0002949135390000101
30立方米测试舱中单次注入900mg甲醛，重复进行8次高浓度的甲醛毒化测试，经过 8次高浓度的毒化后锰氧化物依然保持正常甲醛净化效率
注射次序 5 25 75 150 200 400 600 900
毒化后净化效率(％) 99.3. 98.8 99.6 98.9 99.1 99.1 99.2 98.7
实施例3：
1.在反应釜中加入去离子水，进行加热，加热温度为30摄氏度。
2.将高锰酸钾投入到反应釜中形成第一反应溶液，溶液浓度为0.07克/立方厘米，充分搅拌溶解2h。
3.配置摩尔比为1:6的油酸与苯甲醇共混物的还原剂溶液。
4.将还原剂溶液以55L/min速率滴加到高锰酸钾溶液中形成混合溶液，令混合溶液中高锰酸钾与还原剂的摩尔比为1：1.5。
5.对混合溶液进行水浴加热，控制反应温度为98摄氏度，持续反应12h。
6.对反应产物进行抽滤分离，并用去离子水进行清洗，至清洗后溶液pH值为中性为止。将沉淀物在90摄氏度下干燥，并采用磨粉机将干燥后的沉淀物磨成细粉。
结果表明：制备的锰氧化物的XRD检测谱图在24.8°、36.9°和66.3°处出现衍射峰，锰氧化物中Mn重量百分比为46.8。锰氧化物中Mn呈多价态，其中Mn4+含量大于Mn3+， Mn4+含量与Mn3+含量的比值为2.3。Mn的平均氧化态为3.78。锰氧化物呈现出类微纳米球状，中值粒径为1微米。表面有很多疏松的孔道间隙，比表面积为72平方米/克。
为了进一步表征锰氧化物催化剂的除甲醛性能的稳定性，还对其进行了除甲醛寿命及毒化实验测试，具体步骤与实施例1相同，在此不再赘述，测试结果如下：
30m3测试舱中单次注入30mg甲醛，重复进行1000次，30min净化效率测试结果如下，结果表明锰氧化物材料能够长效催化降解甲醛不衰减。
注射次序 1 10 50 100 300 500 700 1000
30min净化效率(％) 91.2 90.5 91.3 90.8 90.1 89.8 91.2 90.4
30立方米测试舱中单次注入900mg甲醛，重复进行8次高浓度的甲醛毒化测试，经过 8次高浓度的毒化后锰氧化物依然保持正常甲醛净化效率
注射次序 5 25 75 150 200 400 600 900
毒化后净化效率(％) 99.1 98.7 99.4 99.2 99.1 98.8 99.0 99.4
实施例4：
1.在反应釜中加入去离子水，进行加热，加热温度为40摄氏度。
2.将高锰酸钾投入到反应釜中形成第一反应溶液，溶液浓度为0.015克/立方厘米，充分搅拌溶解2h。
3.配置摩尔比为1:20的油酸与苯甲醇共混物的还原剂溶液。
4.将还原剂溶液以100L/min速率滴加到高锰酸钾溶液中形成混合溶液，令混合溶液中高锰酸钾与还原剂的摩尔比为1：15。
5.对混合溶液进行水浴加热，控制反应温度为90摄氏度，持续反应20h。
6.对反应产物进行抽滤分离，并用去离子水进行清洗，至清洗后溶液pH值为中性为止。将沉淀物在90摄氏度下干燥，并采用磨粉机将干燥后的沉淀物磨成细粉。
结果表明：制备的锰氧化物的XRD检测谱图在24.8°、36.9°和66.3°处出现衍射峰，锰氧化物中Mn重量百分比为58.9％。锰氧化物中Mn呈多价态，其中Mn4+含量大于Mn3+， Mn4+含量与Mn3+含量的比值为5.5。Mn的平均氧化态为3.51。锰氧化物呈现出类微纳米球状，中值粒径为0.05微米。表面有很多疏松的孔道间隙，比表面积为65平方米/克。
为了进一步表征锰氧化物催化剂的除甲醛性能的稳定性，还对其进行了除甲醛寿命及毒化实验测试，具体步骤与实施例1相同，在此不再赘述，测试结果如下：
30m3测试舱中单次注入30mg甲醛，重复进行1000次，30min净化效率测试结果如下，结果表明锰氧化物材料能够长效催化降解甲醛不衰减。
注射次序 1 10 50 100 300 500 700 1000
30min净化效率(％) 82.4 83.7 81.5 82.0 83.5 82.2 81.3 80.0
30立方米测试舱中单次注入900mg甲醛，重复进行8次高浓度的甲醛毒化测试，经过8次高浓度的毒化后锰氧化物依然保持正常甲醛净化效率
注射次序 5 25 75 150 200 400 600 900
毒化后净化效率(％) 94.3 95.3 95.1 94.2 94.8 95.0 95.2 94.0
实施例5：
1.在反应釜中加入去离子水，进行加热，加热温度为30摄氏度。
2.将高锰酸钾投入到反应釜中形成第一反应溶液，溶液浓度为0.07克/立方厘米，充分搅拌溶解2h。
3.配置摩尔比为1:8的油酸与苯甲醇共混物的还原剂溶液。
4.将还原剂溶液以50L/min速率滴加到高锰酸钾溶液中形成混合溶液，令混合溶液中高锰酸钾与还原剂的摩尔比为1：1。
5.对混合溶液进行水浴加热，控制反应温度为90摄氏度，持续反应12h。
6.对反应产物进行抽滤分离，并用去离子水进行清洗，至清洗后溶液pH值为中性为止。将沉淀物在100摄氏度下干燥，并采用磨粉机将干燥后的沉淀物磨成细粉。
结果表明：制备的锰氧化物的XRD检测谱图在24.8°、36.9°和66.3°处出现衍射峰，锰氧化物中Mn重量百分比为45.4％。锰氧化物中Mn呈多价态，其中Mn4+含量大于Mn3+， Mn4+含量与Mn3+含量的比值为1.32。Mn的平均氧化态为3.85。锰氧化物呈现出类微纳米球状，中值粒径为10微米。表面有很多疏松的孔道间隙，比表面积为50平方米/克。
为了进一步表征锰氧化物催化剂的除甲醛性能的稳定性，还对其进行了除甲醛寿命及毒化实验测试，具体步骤与实施例1相同，在此不再赘述，测试结果如下：
30m3测试舱中单次注入30mg甲醛，重复进行1000次，30min净化效率测试结果如下，结果表明锰氧化物材料能够长效催化降解甲醛不衰减。
注射次序 1 10 50 100 300 500 700 1000
30min净化效率(％) 74.3 73.0 73.5 74.2 75.1 73.3 73.6 73.4
30立方米测试舱中单次注入900mg甲醛，重复进行8次高浓度的甲醛毒化测试，经过 8次高浓度的毒化后锰氧化物依然保持正常甲醛净化效率
注射次序 5 25 75 150 200 400 600 900
毒化后净化效率(％) 82.6 84.3 85.1 83.6 83.9 84.0 83.1 84.2
实施例6：
1.在反应釜中加入去离子水，进行加热，加热温度为25摄氏度。
2.将高锰酸钾投入到反应釜中形成第一反应溶液，溶液浓度为0.085克/立方厘米，充分搅拌溶解2h。
3.配置摩尔比为1:2的油酸与苯甲醇共混物的还原剂溶液。
4.将还原剂溶液以10L/min速率滴加到高锰酸钾溶液中形成混合溶液，令混合溶液中高锰酸钾与还原剂的摩尔比为1：0.9。
5.对混合溶液进行水浴加热，控制反应温度为80摄氏度，持续反应10。
6.对反应产物进行抽滤分离，并用去离子水进行清洗，至清洗后溶液pH值为中性为止。将沉淀物在100摄氏度下干燥，并采用磨粉机将干燥后的沉淀物磨成细粉。
结果表明：制备的锰氧化物的XRD检测谱图在24.8°、36.9°和66.3°处出现衍射峰，锰氧化物中Mn重量百分比为42.％。锰氧化物中Mn呈多价态，其中Mn4+含量大于Mn3+， Mn4+含量与Mn3+含量的比值为5.6。Mn的平均氧化态为4.0。锰氧化物呈现出类微纳米球状，中值粒径为20微米。表面有很多疏松的孔道间隙，比表面积为10平方米/克。
为了进一步表征锰氧化物催化剂的除甲醛性能的稳定性，还对其进行了除甲醛寿命及毒化实验测试，具体步骤与实施例1相同，在此不再赘述，测试结果如下：
30m3测试舱中单次注入30mg甲醛，重复进行1000次，30min净化效率测试结果如下，结果表明锰氧化物材料能够长效催化降解甲醛不衰减。
注射次序 1 10 50 100 300 500 700 1000
30min净化效率(％) 62.5 63.8 62.9 61.4 62.1 63.0 63.5 60.8
30立方米测试舱中单次注入900mg甲醛，重复进行8次高浓度的甲醛毒化测试，经过 8次高浓度的毒化后锰氧化物依然保持正常甲醛净化效率
Figure RE-GDA0002949135390000121
Figure RE-GDA0002949135390000131
实施例7：
1.在反应釜中加入去离子水，进行加热，加热温度为40摄氏度。
2.将高锰酸钾投入到反应釜中形成第一反应溶液，溶液浓度为0.05克/立方厘米，充分搅拌溶解2h。
3.配置摩尔比为1.2:2的油酸与苯甲醇共混物的还原剂溶液。
4.将还原剂溶液以50L/min速率滴加到高锰酸钾溶液中形成混合溶液，令混合溶液中高锰酸钾与还原剂的摩尔比为1：6。
5.对混合溶液进行水浴加热，控制反应温度为100摄氏度，持续反应24h。
6.对反应产物进行抽滤分离，并用去离子水进行清洗，至清洗后溶液pH值为中性为止。将沉淀物在100摄氏度下干燥，并采用磨粉机将干燥后的沉淀物磨成细粉。
结果表明：制备的锰氧化物的XRD检测谱图在24.8°、36.9°和66.3°处出现衍射峰，锰氧化物中Mn重量百分比为71。锰氧化物中Mn呈多价态，其中Mn4+含量大于Mn3+， Mn4+含量与Mn3+含量的比值为1:2。Mn的平均氧化态为3.49。锰氧化物呈现出类微纳米球状，中值粒径为0.15微米。表面有很多疏松的孔道间隙，比表面积为110平方米/克。
为了进一步表征锰氧化物催化剂的除甲醛性能的稳定性，还对其进行了除甲醛寿命及毒化实验测试，具体步骤与实施例1相同，在此不再赘述，测试结果如下：
30m3测试舱中单次注入30mg甲醛，重复进行1000次，30min净化效率测试结果如下，结果表明锰氧化物材料能够长效催化降解甲醛不衰减。
注射次序 1 10 50 100 300 500 700 1000
30min净化效率(％) 78.4 78.9 77.2 78.3 77.9 77.1 78.6 79.0
30立方米测试舱中单次注入900mg甲醛，重复进行8次高浓度的甲醛毒化测试，经过 8次高浓度的毒化后锰氧化物依然保持正常甲醛净化效率
注射次序 5 25 75 150 200 400 600 900
毒化后净化效率(％) 75.3 75.9 74.1 76.2 74.3 75.0 75.1 76.0
实施例8：
1.在反应釜中加入去离子水，进行加热，加热温度为30摄氏度。
2.将高锰酸钾投入到反应釜中形成第一反应溶液，溶液浓度为0.03克/立方厘米，充分搅拌溶解2h。
3.配置摩尔比为1:10的油酸与苯甲醇共混物的还原剂溶液。
4.将还原剂溶液以50L/min速率滴加到高锰酸钾溶液中形成混合溶液，令混合溶液中高锰酸钾与还原剂的摩尔比为1：6。
5.对混合溶液进行水浴加热，控制反应温度为90摄氏度，持续反应12h。
6.对反应产物进行抽滤分离，并用去离子水进行清洗，至清洗后溶液pH值为中性为止。将沉淀物在100摄氏度下干燥，并采用磨粉机将干燥后的沉淀物磨成细粉。
结果表明：制备的锰氧化物的XRD检测谱图在24.8°、36.9°和66.3°处出现衍射峰，锰氧化物中Mn重量百分比为42.3％。锰氧化物中Mn呈多价态，其中Mn4+含量大于Mn3+， Mn4+含量与Mn3+含量的比值为3。Mn的平均氧化态为4.1。锰氧化物呈现出类微纳米球状，中值粒径为0.08微米。表面有很多疏松的孔道间隙，比表面积为100平方米/克。
为了进一步表征锰氧化物催化剂的除甲醛性能的稳定性，还对其进行了除甲醛寿命及毒化实验测试，具体步骤与实施例1相同，在此不再赘述，测试结果如下：
30m3测试舱中单次注入30mg甲醛，重复进行1000次，30min净化效率测试结果如下，结果表明锰氧化物材料能够长效催化降解甲醛不衰减。
注射次序 1 10 50 100 300 500 700 1000
30min净化效率(％) 83.6 84.1 82.9 84.2 83.4 83.7 84.1 83.9
30立方米测试舱中单次注入900mg甲醛，重复进行8次高浓度的甲醛毒化测试，经过 8次高浓度的毒化后锰氧化物依然保持正常甲醛净化效率
注射次序 5 25 75 150 200 400 600 900
毒化后净化效率(％) 86.3 87.1 87.6 85.9 86.7 87.7 85.5 87.3
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (17)

1.一种用于催化降解甲醛的催化剂，其特征在于，所述催化剂含有锰氧化物，所述锰氧化物的X射线衍射图谱在24.8±2.0°、36.9±2.0°和66.3±2.0°具有特征峰。
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述锰氧化物的X射线衍射图谱在24.8±1.0°、36.9±1.0°和66.3±1.0°具有特征峰；
优选地，所述锰氧化物的X射线衍射图谱在24.8±0.5°、36.9±0.5°和66.3±0.5°具有特征峰。
3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂包括球形颗粒；
任选地，所述球形颗粒的表面为凹凸结构；
任选地，所述球形颗粒与相邻所述球形颗粒间通过网状结构的所述催化剂相连。
4.根据权利要求2所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂的中值粒径为0.1-1.5微米。
5.根据权利要求4所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂的比表面积为10-150平方米/克；
优选地，所述催化剂的比表面积为10-100平方米/克；
优选地，所述催化剂的比表面积为35-75平方米/克。
6.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂中Mn4+含量大于Mn3+。
7.根据权利要求6所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂中的锰元素的平均氧化态为3.5-4.0；
优选地，所述锰元素的所述平均氧化态为3.6-3.8；
任选地，所述催化剂中Mn4+和Mn3+的原子比为1.2-5.4；
优选地，所述催化剂中所述Mn4+和Mn3+的原子比为1.5-3。
8.根据根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂中的锰元素含量的质量百分比为50±15wt％；
优选地，所述催化剂中锰元素含量的质量百分比为50±5wt％。
9.一种制备权利要求1-8任一项所述的用于催化降解甲醛的催化剂的方法，其特征在于，包括：
将高锰酸盐配置形成第一反应溶液；
将还原剂配置形成还原剂溶液；
将所述还原剂溶液加入至所述第一反应溶液中形成混合溶液以进行反应，令所述混合溶液中所述还原剂与所述高锰酸盐的摩尔比为(1～5)：1，以获得所述锰氧化物催化剂。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：在配置形成所述第一反应溶液前加热所述第一反应溶液的溶剂；
优选地，加热所述第一反应溶液的所述溶剂的温度为25-50摄氏度。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：在形成所述混合溶液后加热所述混合溶液；
优选地，加热所述混合溶液的温度为80-100摄氏度；
优选地，加热所述混合溶液的时间为10-24h。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述还原剂的加入速率为50±10L/min。
13.根据权利要求9-12任一项所述的方法，其特征在于，所述高锰酸盐为高锰酸钾或高锰酸钠中的至少一种。
14.根据权利要求9-12任一项所述的方法，其特征在于，所述还原剂包括酸类还原剂和醇类还原剂中的至少之一。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述还原剂中所述酸类还原剂与所述醇类还原剂的摩尔比例为(0～1)：2，且不含0；
优选地，所述酸类还原剂与所述醇类还原剂的摩尔比例为1：3。
16.一种滤网，其特征在于，所述滤网上含有权利要求1-8任一项所述的催化剂。
17.一种空气净化装置，其特征在于，所述空气净化装置内具有权利要求16所述的滤网。
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