CN115007132A - 一种碳纳米管负载氧化镝催化剂及其制备方法与应用 - Google Patents
一种碳纳米管负载氧化镝催化剂及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115007132A CN115007132A CN202210761072.2A CN202210761072A CN115007132A CN 115007132 A CN115007132 A CN 115007132A CN 202210761072 A CN202210761072 A CN 202210761072A CN 115007132 A CN115007132 A CN 115007132A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- dysprosium oxide
- catalyst
- carbon nanotube
- dysprosium
- supported
- 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
- 229910003440 dysprosium oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 119
- NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N dysprosium(iii) oxide Chemical compound O=[Dy]O[Dy]=O NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 119
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 105
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 73
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 62
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 27
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 116
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 46
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 46
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 36
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 31
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 24
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 22
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 19
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- DCKWZDOAGNMKMX-UHFFFAOYSA-N dysprosium(3+);trinitrate;hexahydrate Chemical group O.O.O.O.O.O.[Dy+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O DCKWZDOAGNMKMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 150000000914 Dysprosium Chemical class 0.000 claims description 4
- HFEOHRWLEGXZHW-UHFFFAOYSA-K trichlorodysprosium;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Dy+3] HFEOHRWLEGXZHW-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 2
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 claims 2
- KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N dysprosium atom Chemical compound [Dy] KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 18
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 abstract description 10
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 12
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 12
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M methacrylate group Chemical group C(C(=C)C)(=O)[O-] CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 2
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 208000031404 Chromosome Aberrations Diseases 0.000 description 1
- 208000014085 Chronic respiratory disease Diseases 0.000 description 1
- 206010067477 Cytogenetic abnormality Diseases 0.000 description 1
- 208000002454 Nasopharyngeal Carcinoma Diseases 0.000 description 1
- 206010061306 Nasopharyngeal cancer Diseases 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- -1 as shown in FIG. 1 Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 210000001035 gastrointestinal tract Anatomy 0.000 description 1
- 210000000987 immune system Anatomy 0.000 description 1
- 238000003905 indoor air pollution Methods 0.000 description 1
- 239000002085 irritant Substances 0.000 description 1
- 231100000021 irritant Toxicity 0.000 description 1
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 201000011216 nasopharynx carcinoma Diseases 0.000 description 1
- 210000000653 nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 230000035935 pregnancy Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 208000011580 syndromic disease Diseases 0.000 description 1
- 231100000378 teratogenic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003390 teratogenic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/10—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of rare earths
-
- 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
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/0093—Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/18—Carbon
- B01J21/185—Carbon nanotubes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/20—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
- B01J35/23—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
-
- 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
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种碳纳米管负载氧化镝催化剂及其制备方法与应用，利用多壁碳纳米管制备高性能多孔载体，以氧化镝作为活性组分，制备高性能微流控催化剂，从根本上解决室内甲醛污染问题。通过微流控装置的搭载，不仅能使甲醛气体与催化剂充分接触，通过微流控效应提高催化活性，还能够根据所需要处理的室内面积及甲醛浓度，采用多级串联或并联的方式，保障催化反应的高效进行。最后，碳纳米管负载氧化镝催化剂的制备本身便采用的是甲醛气体转化为多壁碳纳米管，能够进一步变废为宝。本发明的成功应用不仅会彻底解决室内甲醛污染问题，同时使用时无需后续的更换操作等，能够带来巨大的经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于催化剂领域，具体涉及一种碳纳米管负载氧化镝催化剂及其制备方法与应用。
背景技术
甲醛是无色易溶的刺激性气体，可经过呼吸道吸收，其水溶液“福尔马林”可经消化道吸收，长期接触低剂量甲醛会引起慢性呼吸道疾病、妊娠综合症，引起新生儿体质降低、染色体异常，甚至引起鼻咽癌，高浓度甲醛对神经系统、免疫系统、肝脏等都有毒害，甲醛还有致畸、致癌作用。
现有的室内治理甲醛方法有吸附法、吸收法、催化燃烧法、热力燃烧法等。选用净化方法时，应根据具体情况选择费用低、耗能少、无二次污染的方法。对于吸附法和吸收法而言，甲醛并未完全处理，且吸附剂或吸收剂会出现饱和现象，从而导致需要经常更换吸附剂或吸收剂。对于催化燃烧法或热力燃烧法，则会消耗大量的能源，造成资源的浪费。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种碳纳米管负载氧化镝催化剂，以高效催化脱除甲醛。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种碳纳米管负载氧化镝催化剂，以碳纳米管为载体，以氧化镝为催化活性组分；以载体质量为基准，氧化镝的质量百分含量为30％～40％。
进一步地，本发明还提供了上述碳纳米管负载氧化镝催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将镝盐在氧气气氛下高温焙烧，得到的氧化镝并经研磨得到氧化镝粉末；
(2)将步骤(1)得到的氧化镝粉末放置气氛炉中，通入甲醛、水蒸气和氮气的混合气，并将反应温度控制在450～550℃，反应12h以上，即得。
具体地，步骤(1)中，所述镝盐为六水合硝酸镝或六水合氯化镝，焙烧温度为600～700℃下，焙烧时间为2～4h，所得氧化镝粉末的粒径控制在1～1.18mm。
优选地，步骤(2)中，混合气中甲醛、水蒸气、氮气的体积比为(1～5)：(3～15)：(80～96)，常压下总气流速率为200mL/min。
进一步地，本发明还要求保护上述碳纳米管负载氧化镝催化剂用于催化脱除甲醛的应用。
更进一步地，将碳纳米管负载氧化镝催化剂装载于微流控反应装置中用于催化脱除甲醛，所述微流控反应装置包括一组由聚甲基丙烯酸甲酯制成的微通道反应结构，相邻的两个微通道反应结构之间能够相互串联，每个微通道反应结构内，装载有所述的碳纳米管负载氧化镝催化剂，在常温常压条件下催化脱除导入气体中的甲醛。
具体地，每个微通道反应结构均由三层聚甲基丙烯酸甲酯构成，上层和下层聚甲基丙烯酸甲酯中分别设有用于气体导入和导出的气体通道，中层聚甲基丙烯酸甲酯的中部设有一腔体，所述腔体分别与上下层甲基丙烯酸甲酯中的气体通道连接，且腔体内装载有所述的碳纳米管负载氧化镝催化剂。
具体地该微流控反应装置通过如下方式制作：将中层聚甲基丙烯酸甲酯放置于下层聚甲基丙烯酸甲酯上，然后将所述的碳纳米管负载氧化镝催化剂填充于中部的墙体内，随后将下层甲基丙烯酸甲酯盖合，并用金属夹固定三层结构，最后于180～200℃下保温2～4h，即得。
优选地，以每个微通道反应结构均由长度为55mm、宽度为15.5mm、厚度为2mm 的聚甲基丙烯酸甲酯组成为例；每个微通道反应结构中装载有0.3mL的碳纳米管负载氧化镝催化剂。
有益效果：
(1)鉴于目前室内甲醛治理存在的问题，本发明创新性地提出利用多壁碳纳米管制备高性能多孔载体，以氧化镝作为活性组分，制备高性能微流控催化剂，从根本上解决室内甲醛污染问题。主要依据是：碳纳米管具有较大的比表面积，并且能够与氧化镝形成强相互作用，有利于氧化镝的电子传输，易于甲醛的吸附和活化。另一方面，氧化镝因其具有优异的氧化还原性能和储释氧能力，能够具有优良的催化甲醛能力。在与碳纳米管形成强相互作用后，能够进一步增强催化性能，使其在室温下即可催化脱除甲醛。与此同时，微流控装置的搭载，不仅能使甲醛气体与催化剂充分接触，通过微流控效应提高催化活性，还能够根据所需要处理的室内面积及甲醛浓度，采用多级串联或并联的方式，保障催化反应的高效进行。最后，碳纳米管负载氧化镝催化剂的制备本身便采用的是甲醛气体转化为多壁碳纳米管，能够进一步变废为宝。本发明的成功应用不仅会彻底解决室内甲醛污染问题，同时使用时无需后续的更换操作等，能够带来巨大的经济和社会效益。
(2)本发明碳纳米管负载氧化镝催化剂微流控装置，彻底实效地解决室内甲醛污染问题，同时能够根据所需要处理的室内面积及甲醛浓度，采用多级串联或并联的方式，保障催化反应的高效进行。另外，该催化剂组分环境友好，制备工艺简单，性价比高，可有效降低室内空气污染处理的运行成本，具有较强的应用推广价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/ 或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明微流控装置的结构示意图。
图2是本发明碳纳米管负载氧化镝催化剂的TEM图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
实施例1
(1)氧化镝制备
称取24g六水合硝酸镝在氧气气氛下600℃焙烧2h，得到的氧化镝研磨成 1～1.18mm粉末备用；
(2)碳纳米管负载氧化镝催化剂的制备
称取步骤(1)中得到的氧化镝粉末(5mL)放置气氛炉中，通入甲醛、水蒸气和氮气的混合气，其中甲醛：水蒸气：氮气的体积比为5：15：80，总气流速率为200mL/min，并将反应温度控制在550℃，反应12h后取出表面生长多壁碳纳米管的氧化镝催化剂备用。如图2所示，灰色中空条状结构为碳纳米管，颜色较深的块状颗粒为氧化镝纳米颗粒，且碳纳米管生长缠绕在氧化镝纳米颗粒周围；利用热重分析法(测试气氛为空气，测试气氛流速为20mL/min，测试温度范围为50～1000℃)测定氧化镝和碳纳米管的质量分数，以载体质量为基准，氧化镝的质量百分含量为40％；
(3)微流控反应装置的制备
量取0.3mL步骤(2)制得的碳纳米管负载氧化镝催化剂放置于微流控装置中，微流控装置是由三层聚甲基丙烯酸甲酯组成，如图1所示，上层聚甲基丙烯酸甲酯1和下层聚甲基丙烯酸甲酯2中分别设有用于气体导入和导出的气体通道4，中层聚甲基丙烯酸甲酯3的中部设有一腔体5，腔体5分别与上层甲基丙烯酸甲酯1下层聚甲基丙烯酸甲酯2中的气体通道4连接，且腔体5内装载有上述制备得到的碳纳米管负载氧化镝催化剂。具体制作过程为：将氧化镝催化剂颗粒放置在三层聚甲基丙烯酸甲酯的中间层的圆形空隙处，然后将三层聚甲基丙烯酸甲酯用金属夹固定，放置于烘箱中，180℃保温2h，从而使三层聚甲基丙烯酸甲酯形成整体，最终形成碳纳米管负载氧化镝微流控催化剂。
(4)催化剂活性测试
取1个碳纳米管负载氧化镝催化剂的微流控装置作为催化剂及性能评价反应装置，通入反应气体进行活性评价。反应气体浓度为：1000ppm甲醛、20％氧气，氮气为载气，总气流速率为50mL/min。微流控催化剂在常温常压下，脱除甲醛效率达到100％，且催化剂连续使用72h其效率依然能够维持100％。
实施例2
(1)氧化镝制备
称取24g六水合氯化镝在氧气气氛下700℃焙烧4h，得到的氧化镝研磨成 1～1.18mm粉末备用；
(2)碳纳米管负载氧化镝催化剂的制备
称取步骤(1)中得到的氧化镝粉末(5mL)放置气氛炉中，通入甲醛、水蒸气和氮气的混合气，其中甲醛：水蒸气：氮气的体积比为1：3：96，总气流速率为200mL/min，并将反应温度控制在450℃，反应12h后取出表面生长多壁碳纳米管的氧化镝催化剂，备用；利用热重分析法(测试气氛为空气，测试气氛流速为20mL/min，测试温度范围为50～1000℃)测定氧化镝和碳纳米管的质量分数，以载体质量为基准，氧化镝的质量百分含量为30％；
(3)微流控反应装置的制备
量取0.3mL步骤(2)制得的碳纳米管负载氧化镝催化剂放置于微流控装置中，微流控装置是由三层聚甲基丙烯酸甲酯组成，如图1所示。将氧化镝催化剂颗粒放置在三层聚甲基丙烯酸甲酯的中间层的圆形空隙处，然后将三层聚甲基丙烯酸甲酯用金属夹固定，放置于烘箱中，180℃保温2h，从而使三层聚甲基丙烯酸甲酯形成整体，最终形成碳纳米管负载氧化镝微流控催化剂；
(4)催化剂活性测试
取4个碳纳米管负载氧化镝催化剂微流控装置并联作为性能评价反应装置，通入反应气体进行活性评价。反应气体浓度为：1000ppm甲醛、20％氧气，氮气为载气，总气流速率为200mL/min。四组微流控催化剂在常温常压下，脱除甲醛效率均达到 100％，且催化剂连续使用72h其效率依然能够维持100％。
实施例3
(1)氧化镝制备
称取24g六水合氯化镝在氧气气氛下600℃焙烧4h，得到的氧化镝研磨成 1～1.18mm粉末备用；
(2)碳纳米管负载氧化镝催化剂的制备
称取步骤(1)中得到的氧化镝粉末(5mL)放置气氛炉中，通入甲醛、水蒸气和氮气的混合气，其中甲醛：水蒸气：氮气的体积比为2.5：5：92.5，总气流速率为 200mL/min，并将反应温度控制在450℃，反应12h后取出表面生长多壁碳纳米管的氧化镝催化剂，备用；利用热重分析法(测试气氛为空气，测试气氛流速为20mL/min，测试温度范围为50～1000℃)测定氧化镝和碳纳米管的质量分数，以载体质量为基准，氧化镝的质量百分含量为36％；
(3)微流控反应装置的制备
量取0.3mL步骤(2)制得的碳纳米管负载氧化镝催化剂放置于微流控装置中，微流控装置是由三层聚甲基丙烯酸甲酯组成，如图1所示。将氧化镝催化剂颗粒放置在三层聚甲基丙烯酸甲酯的中间层的圆形空隙处，然后将三层聚甲基丙烯酸甲酯用金属夹固定，放置于烘箱中，180℃保温2h，从而使三层聚甲基丙烯酸甲酯形成整体，最终形成碳纳米管负载氧化镝微流控催化剂；
(4)催化剂活性测试
取2个碳纳米管负载氧化镝催化剂的微流控装置串联作为性能评价反应装置，通入反应气体进行活性评价。反应气体浓度为：1000ppm甲醛、20％氧气，氮气为载气，总气流速率为100mL/min。两组串联微流控催化剂在常温常压下，脱除甲醛效率最终达到100％，且催化剂连续使用72h其效率依然能够维持100％。
实施例4
(1)氧化镝制备
称取24g六水合硝酸镝在氧气气氛下700℃焙烧2h，得到的氧化镝研磨成 1～1.18mm粉末备用；
(2)碳纳米管负载氧化镝催化剂的制备
称取步骤(1)中得到的氧化镝粉末(5mL)放置气氛炉中，通入甲醛、水蒸气和氮气的混合气，其中甲醛：水蒸气：氮气的体积比为5：15：80，总气流速率为200mL/min，并将反应温度控制在550℃，反应12h后取出表面生长多壁碳纳米管的氧化镝催化剂，备用；利用热重分析法(测试气氛为空气，测试气氛流速为20mL/min，测试温度范围为50～1000℃)测定氧化镝和碳纳米管的质量分数，以载体质量为基准，氧化镝的质量百分含量为39％；
(3)微流控反应装置的制备
量取0.3mL步骤(2)制得的碳纳米管负载氧化镝催化剂放置于微流控装置中，微流控装置是由三层聚甲基丙烯酸甲酯组成，如图1所示。将氧化镝催化剂颗粒放置在三层聚甲基丙烯酸甲酯的中间层的圆形空隙处，然后将三层聚甲基丙烯酸甲酯用金属夹固定，放置于烘箱中，180℃保温2h，从而使三层聚甲基丙烯酸甲酯形成整体，最终形成碳纳米管负载氧化镝微流控催化剂；
(4)催化剂活性测试
取8个碳纳米管负载氧化镝催化剂的微流控装置，两两串联，并将四组串联催化剂并联作为性能评价反应装置，通入反应气体进行活性评价。反应气体浓度为：1000 ppm甲醛、20％氧气，氮气为载气，总气流速率为400mL/min。四组串联微流控催化剂在常温常压下，脱除甲醛效率均达到100％，且催化剂连续使用72h其效率依然能够维持100％。
对比例1
(1)多壁碳纳米管负载氧化镝催化剂的制备
称取10g多壁碳纳米管，分散于100mL去离子水中，然后称取24g六水合硝酸镝加入碳纳米管溶液中，搅拌24h后，置于80℃烘箱中干燥，最终在氮气气氛下600℃焙烧2h，得到多壁碳纳米管负载氧化镝催化剂，并研磨成1～1.18mm粉末备用；
(2)微流控反应装置的制备
量取0.3mL步骤(1)制得的碳纳米管负载氧化镝催化剂放置于微流控装置中，微流控装置是由三层聚甲基丙烯酸甲酯组成，如图1所示。将氧化镝催化剂颗粒放置在三层聚甲基丙烯酸甲酯的中间层的圆形空隙处，然后将三层聚甲基丙烯酸甲酯用金属夹固定，放置于烘箱中，180℃保温2h，从而使三层聚甲基丙烯酸甲酯形成整体，最终形成碳纳米管负载氧化镝微流控催化剂；
(3)催化剂活性测试
取1个碳纳米管负载氧化镝催化剂的微流控装置作为性能评价反应装置，通入反应气体进行活性评价。反应气体浓度为：1000ppm甲醛、20％氧气，氮气为载气，总气流速率为50mL/min。催化剂在常温常压下，脱除甲醛效率只有23％；
(4)对比效果
与实例1相比，采取常规方法制备的碳纳米管负载氧化镝微流控催化剂，其室温下脱除甲醛效率只有23％，是因为常规方法制备的催化剂，并不是碳纳米管首先与甲醛分子接触，进行吸附与活化过程，导致活性降低。
对比例2
(1)氧化镝制备
称取24g六水合硝酸镝在氧气气氛下700℃焙烧2h，得到的氧化镝研磨成 1～1.18mm粉末备用；
(2)催化剂制备
称取步骤(1)中得到的氧化镝粉末(5mL)放置气氛炉中，通入乙醇、水蒸气和氮气的混合气，其中甲醛：水蒸气：氮气的体积比为5：15：80，总气流速率为200mL/min，并将反应温度控制在550℃，反应12h后取出备用；
(3)微流控反应装置的制备
量取0.3mL步骤(2)制得的催化剂放置于微流控装置中，微流控装置是由三层聚甲基丙烯酸甲酯组成，如图1所示。将氧化镝催化剂颗粒放置在三层聚甲基丙烯酸甲酯的中间层的圆形空隙处，然后将三层聚甲基丙烯酸甲酯用金属夹固定，放置于烘箱中，180℃保温2h，从而使三层聚甲基丙烯酸甲酯形成整体，最终形成微流控催化剂；
(4)催化剂活性测试
取1个装载有催化剂的微流控装置作为性能评价反应装置，通入反应气体进行活性评价。反应气体浓度为：1000ppm甲醛、20％氧气，氮气为载气，总气流速率为50 mL/min。催化剂在常温常压下，脱除甲醛效率只有41％；
(5)对比效果
与实施例4相比，催化剂制备过程中采用乙醇作为碳纳米管生长剂，但乙醇在此温度下仅生成了活性炭，与活性组分氧化镝没有形成强相互作用，导致活性明显降低。
本发明提供了一种碳纳米管负载氧化镝催化剂及其制备方法与应用的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种碳纳米管负载氧化镝催化剂，其特征在于，以碳纳米管为载体，以氧化镝为催化活性组分；以载体质量为基准，氧化镝的质量百分含量为30％～40％。
2.权利要求1所述碳纳米管负载氧化镝催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将镝盐在氧气气氛下高温焙烧，得到的氧化镝并经研磨得到氧化镝粉末；
(2)将步骤(1)得到的氧化镝粉末放置气氛炉中，通入甲醛、水蒸气和氮气的混合气，并将反应温度控制在450～550℃，反应12h以上，即得。
3.根据权利要求2所述碳纳米管负载氧化镝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镝盐为六水合硝酸镝或六水合氯化镝，焙烧温度为600～700℃下，焙烧时间为2～4h，所得氧化镝粉末的粒径控制在1～1.18mm。
4.根据权利要求2所述碳纳米管负载氧化镝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，混合气中甲醛、水蒸气、氮气的体积比为(1～5)：(3～15)：(80～96)，常压下总气流速率为200mL/min。
5.权利要求1所述碳纳米管负载氧化镝催化剂用于催化脱除甲醛的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，将碳纳米管负载氧化镝催化剂装载于微流控反应装置中用于催化脱除甲醛，所述微流控反应装置包括一组由聚甲基丙烯酸甲酯制成的微通道反应结构，相邻的两个微通道反应结构之间能够相互串联，每个微通道反应结构内，装载有所述的碳纳米管负载氧化镝催化剂，在常温常压条件下催化脱除导入气体中的甲醛。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，每个微通道反应结构均由三层聚甲基丙烯酸甲酯构成，上层和下层聚甲基丙烯酸甲酯中分别设有用于气体导入和导出的气体通道，中层聚甲基丙烯酸甲酯的中部设有一腔体，所述腔体分别与上下层甲基丙烯酸甲酯中的气体通道连接，且腔体内装载有所述的碳纳米管负载氧化镝催化剂。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，将中层聚甲基丙烯酸甲酯放置于下层聚甲基丙烯酸甲酯上，然后将所述的碳纳米管负载氧化镝催化剂填充于中部的墙体内，随后将下层甲基丙烯酸甲酯盖合，并用金属夹固定三层结构，最后于180～200℃下保温2～4h，即得。
9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，每个微通道反应结构均由长度为55mm、宽度为15.5mm、厚度为2mm的聚甲基丙烯酸甲酯组成；每个微通道反应结构中装载有0.3mL的碳纳米管负载氧化镝催化剂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210761072.2A CN115007132B (zh) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | 一种碳纳米管负载氧化镝催化剂及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210761072.2A CN115007132B (zh) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | 一种碳纳米管负载氧化镝催化剂及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115007132A true CN115007132A (zh) | 2022-09-06 |
| CN115007132B CN115007132B (zh) | 2023-05-26 |
Family
ID=83078138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210761072.2A Active CN115007132B (zh) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | 一种碳纳米管负载氧化镝催化剂及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115007132B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1590290A (zh) * | 2003-08-29 | 2005-03-09 | 中国科学院化学研究所 | 稀土氧化物包覆的碳纳米管及其制备方法和用途 |
| CN1633393A (zh) * | 2002-02-13 | 2005-06-29 | 株式会社东京大学Tlo | 单层碳纳米管的制造方法、单层碳纳米管和含单层碳纳米管的组合物 |
| US20100298125A1 (en) * | 2009-05-20 | 2010-11-25 | Korea Institute Of Energy Research | Carbon nanotube catalysts having metal catalyst nano-particles supported on inner channel of carbon nanotube and preparation method thereof |
| CN103566752A (zh) * | 2012-07-31 | 2014-02-12 | 上海想乐平面设计有限公司 | 一种基于多孔成型活性炭的电化学气体净化装置 |
| CN105817206A (zh) * | 2016-02-29 | 2016-08-03 | 华东理工大学 | 羧化壳聚糖吸附剂微流控制备方法 |
| CN106315656A (zh) * | 2016-08-02 | 2017-01-11 | 西北有色金属研究院 | 一种石墨烯包覆纳米氧化镝的制备方法及其应用 |
| CN111672503A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-18 | 南京工程学院 | 一种负载型长效甲醛净化剂及其制备方法和应用 |
| JP2021020828A (ja) * | 2019-07-29 | 2021-02-18 | 学校法人早稲田大学 | カーボンナノチューブ、その製造方法および製造装置 |
-
2022
- 2022-06-29 CN CN202210761072.2A patent/CN115007132B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1633393A (zh) * | 2002-02-13 | 2005-06-29 | 株式会社东京大学Tlo | 单层碳纳米管的制造方法、单层碳纳米管和含单层碳纳米管的组合物 |
| CN1590290A (zh) * | 2003-08-29 | 2005-03-09 | 中国科学院化学研究所 | 稀土氧化物包覆的碳纳米管及其制备方法和用途 |
| US20100298125A1 (en) * | 2009-05-20 | 2010-11-25 | Korea Institute Of Energy Research | Carbon nanotube catalysts having metal catalyst nano-particles supported on inner channel of carbon nanotube and preparation method thereof |
| CN103566752A (zh) * | 2012-07-31 | 2014-02-12 | 上海想乐平面设计有限公司 | 一种基于多孔成型活性炭的电化学气体净化装置 |
| CN105817206A (zh) * | 2016-02-29 | 2016-08-03 | 华东理工大学 | 羧化壳聚糖吸附剂微流控制备方法 |
| CN106315656A (zh) * | 2016-08-02 | 2017-01-11 | 西北有色金属研究院 | 一种石墨烯包覆纳米氧化镝的制备方法及其应用 |
| JP2021020828A (ja) * | 2019-07-29 | 2021-02-18 | 学校法人早稲田大学 | カーボンナノチューブ、その製造方法および製造装置 |
| CN111672503A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-18 | 南京工程学院 | 一种负载型长效甲醛净化剂及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 邱治文 等: ""稀土氧化物掺杂碳纳米管屏蔽纸"" * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115007132B (zh) | 2023-05-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107876043B (zh) | 一种用于烟气净化的陶瓷催化滤芯及烟气一体化脱硫脱硝除尘方法 | |
| CN109939689A (zh) | 一种稀土矿整体催化剂、制备方法及其应用 | |
| CN108325536B (zh) | 一种催化VOCs的锰-铜基复合氧化物掺杂稀土元素的催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN101612581B (zh) | 用于富氢气体中co净化的介孔-大孔整体式催化剂及制备 | |
| CN109603533B (zh) | 一种Ag和二维MXene修饰的高温烟气除尘脱硝脱汞催化膜及其制备方法 | |
| CN106669670B (zh) | 一种烟气脱硫剂的制备方法 | |
| CN108067296A (zh) | 一种蜂窝状Mn基低温脱硝催化剂的制备方法 | |
| CN108816244B (zh) | 一种催化氧化降解甲醛的纳米碳基复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN109926045A (zh) | 一种臭氧催化剂的制备方法及其制备的臭氧催化剂和应用 | |
| CN107159202A (zh) | 一种锰掺杂的钯负载型催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN103638981A (zh) | 一种含有有机聚合物电子助剂的负载型Au催化剂 | |
| CN105521781B (zh) | 一种烟气脱硫剂的制备方法 | |
| CN102000600B (zh) | 整体式常温微量氮氧化物净化材料及其制备方法 | |
| CN108067291A (zh) | 一种蜂窝状稀土基脱硝催化剂的制备方法 | |
| CN108325525A (zh) | 一种催化氧化低浓度甲烷的催化剂及其制备方法以及应用 | |
| CN113198484A (zh) | 一种低温CO-SCR脱硝Fe-Ce/AC催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN108014836B (zh) | 离子交换制备Cu-ZSM-5催化剂的方法 | |
| CN103252234B (zh) | 一种核壳结构纳米催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN115007132B (zh) | 一种碳纳米管负载氧化镝催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN106563430A (zh) | 一种蜂窝陶瓷整体式光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN108448123B (zh) | 一种用于低温水煤气变换反应的铈基催化剂及其制备方法 | |
| Wang et al. | Efficient removal of HCN through catalytic hydrolysis and oxidation on Cu/CoSPc/Ce metal-modified activated carbon under low oxygen conditions | |
| CN206381838U (zh) | 一种用于气体脱硝的错流式陶瓷膜装置及膜管 | |
| CN108067297B (zh) | 一种蜂窝状脱硝催化剂的制备方法 | |
| CN109432999A (zh) | 一种常温氧化锌精脱硫剂及制备方法和应用 |
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 |