CN115888757A - 一种降解甲醛催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种降解甲醛催化剂及其制备方法,包括活性组分和载体,其中活性组分包括铂金属组分,所述载体为四氧化三钴、或钴镍复合氧化物、或四氧化三钴和钴镍复合氧化物的组合物、或四氧化三钴和氧化镍的组合物、或钴镍复合氧化物和氧化镍的组合物、或四氧化三钴和钴镍复合氧化物和氧化镍的组合物。本发明采用四氧化三钴和氧化镍双金属氧化物作为催化剂载体,四氧化三钴和氧化镍的共存抑制了过渡金属氧化物晶粒的生长,从而形成致较大的表面积和较高的反应活性。其活性组分也能很好地附着在各种载体上,扩大适用范围。
Description
技术领域
本发明涉及催化剂技术领域,具体涉及一种降解甲醛催化剂及其制备方法。
背景技术
室温催化氧化甲醛是最节能高效的方法,也是最具发展前景的方法。目前,室温催化氧化材料主要分为负载贵金属类和过渡金属氧化物类,负载贵金属类催化剂净化性能优异,但自然界中贵金属的储量极其稀少,价格昂贵,生产成本较高;过渡金属氧化物类储量丰富,其中,锰氧化物展现出较佳催化活性,但其通常需要在一定温度下才能实现将甲醛完全催化降解,在室温下的催化活性有限。
如专利号为CN200710064491.6(公告号为CN101274281B)的中国发明专利公开的《一种室温去除空气中甲醛催化剂及其制备方法》,是以堇青石蜂窝陶瓷为载体的负载贵金属型催化剂,可以高效地将甲醛催化分解为二氧化碳和水,但其制备工艺复杂,能耗较高,且从其测试结果看,只有在较高Pt含量(5%~10%)时才能达到较好的净化效果,成本太高,不利于大规模生产与实际应用。
发明内容
本发明在一定程度上解决现有相关技术中存在的问题之一,为此,本发明的目的在于提出一种降解甲醛催化剂,较大的表面积和较高的反应活性。
上述目的是通过如下技术方案来实现的:
一种降解甲醛催化剂,包括活性组分和载体,其中活性组分包括铂金属组分,所述载体为四氧化三钴、或钴镍复合氧化物、或四氧化三钴和钴镍复合氧化物的组合物、或四氧化三钴和氧化镍的组合物、或钴镍复合氧化物和氧化镍的组合物、或四氧化三钴和钴镍复合氧化物和氧化镍的组合物。
作为本发明的进一步改进,所述铂金属在所述载体上的负载量为0.10wt%-3.75wt%。
本发明的另一目的在于提出一种降解甲醛催化剂的制备方法,
上述目的是通过如下技术方案来实现的:
一种降解甲醛催化剂的制备方法,包括如下步骤:
步骤一,将2-甲基咪唑溶液添加到硝酸钴溶液中,静置,离心,洗涤,干燥,得到催化剂前驱体;
步骤二,将催化剂前驱体煅烧后,浸渍在硝酸镍的乙醇溶液中,形成悬浮液;
步骤三,将所得悬浮液超声处理,再进行溶剂热反应,冷却,离心,洗涤,干燥以获取载体;
步骤四,将所述载体焙烧后,分散在去离子水中。随后,加入氯铂酸水溶液并搅拌,再注入氢氧化钠和硼氢化钠的混合溶液,搅拌,离心,洗涤,干燥,以便得到所述除甲醛催化剂。
作为本发明的进一步改进,所述2-甲基咪唑溶液和硝酸钴溶液的溶剂为甲醇。
作为本发明的进一步改进,所述硝酸钴与2-甲基咪唑的物质的量的比值为1:4。
作为本发明的进一步改进,所述步骤二中,将催化剂前驱体煅烧的步骤具体为:将催化剂前驱体在惰性气体氛围中于400℃下煅烧2-3h,加热速率为1℃/min;
作为本发明的进一步改进,所述步骤四中的焙烧为在空气中于450-900℃下煅烧3-4h,加热速率为1℃/min。
与现有技术相比,本发明的至少包括以下有益效果:
1.本发明提出一种降解甲醛催化剂及其制备方法,本发明采用四氧化三钴和氧化镍双金属氧化物作为催化剂载体,四氧化三钴和氧化镍的共存抑制了过渡金属氧化物晶粒的生长,从而形成致较大的表面积和较高的反应活性。其活性组分也能很好地附着在各种载体上,扩大适用范围。
附图说明
图1为实施例中催化剂Pt/Co3O4-NiO的透射电镜图。
具体实施方式
以下实施例对本发明进行说明,但本发明并不受这些实施例所限制。对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换,而不脱离本发明方案的精神,其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
实施例一:
如图1,一种降解甲醛催化剂,包括活性组分和载体,其中活性组分包括铂金属组分,所述载体为四氧化三钴、或钴镍复合氧化物、或四氧化三钴和钴镍复合氧化物的组合物、或四氧化三钴和氧化镍的组合物、或钴镍复合氧化物和氧化镍的组合物、或四氧化三钴和钴镍复合氧化物和氧化镍的组合物。
在一些实施例中,所述所述载体为一种成分,可为四氧化三钴、或钴镍复合氧化物。
在一些实施例中,所述所述载体为多种成分,可为四氧化三钴和钴镍复合氧化物的组合物、或四氧化三钴和氧化镍的组合物、或钴镍复合氧化物和氧化镍的组合物、或四氧化三钴和钴镍复合氧化物和氧化镍的组合物。
本发明提出一种降解甲醛的催化剂,本发明采用四氧化三钴和氧化镍双金属氧化物作为催化剂载体,四氧化三钴和氧化镍的共存抑制了过渡金属氧化物晶粒的生长,从而形成致较大的表面积和较高的反应活性。其活性组分也能很好地附着在各种载体上,扩大适用范围。
所述铂金属在所述载体上的负载量为0.10wt%-3.75wt%。本发明降解甲醛催化剂的铂金属含量低,使得成本低,但催化剂整体催化性能强,在室温下一个小时内催化效率达90%以上,使用寿命长、稳定性好。
实施例二:
一种降解甲醛催化剂的制备方法,包括如下步骤:
步骤一,将2-甲基咪唑溶液添加到硝酸钴溶液中,静置,离心,洗涤,干燥,得到催化剂前驱体;
步骤二,将催化剂前驱体煅烧后,浸渍在硝酸镍的乙醇溶液中,形成悬浮液;
步骤三,将所得悬浮液超声处理,再进行溶剂热反应,冷却,离心,洗涤,干燥以获取载体;
步骤四,将所述载体焙烧后,分散在去离子水中。随后,加入氯铂酸水溶液并搅拌,再注入氢氧化钠和硼氢化钠的混合溶液,搅拌,离心,洗涤,干燥,以得到所述除甲醛催化剂。
在步骤二中,本发明采用煅烧的手段制备过渡金属复合氧化物,在煅烧中生成的各种孔可以有效加速气态反应物和产物在甲醛氧化中的扩散。
在步骤四中,本发明采用硼氢化钠还原氯铂酸,在硼氢化钠还原过程中过渡金属氧化物可以生成丰富的氧空位,从而从本质上提高其催化甲醛分解的性能。
在步骤一中,所述2-甲基咪唑溶液和硝酸钴溶液的溶剂为甲醇。
在步骤一中,所述硝酸钴与2-甲基咪唑的物质的量的比值为1:4。
所述步骤二中,将催化剂前驱体煅烧的步骤具体为:将催化剂前驱体在惰性气体氛围中于400℃下煅烧2-3h,加热速率为1℃/min;
所述步骤四中,的焙烧为在空气中于450-900℃下煅烧3-4h,加热速率为1℃/min。
本发明所述甲醛催化剂的制备方法可在室温下有效催化降解甲醛为无毒的二氧化碳和水,在室温下一个小时内催化效率达90%以上,远高于没处理过的相同金属氧化物催化剂,从本质上提高催化剂性能。
实施例三:
一种降解甲醛催化剂的制备方法,包括如下步骤:
步骤一,将5mmol的Co(NO3)2·6H2O和20mmol的2-甲基咪唑分别溶解于100ml甲醇中。接着,在剧烈搅拌下将2-甲基咪唑溶液快速添加到Co(NO3)2溶液中。室温老化24小时后,通过离心收集样品,用甲醇洗涤,并在60-90℃干燥得到催化剂前驱体。
步骤二,将催化剂前驱体在氮气气氛中以1℃/min的加热速率在400-900℃下煅烧2小时。取25mg煅烧后的催化剂前驱体分散在含有50mgCO(NO3)2·6H2O的40ml乙醇溶液中,形成悬浮液。
步骤三,将悬浮液超声处理20分钟后,将溶液转移至不锈钢高压釜中,在100-120℃下进行溶剂热反应2小时。样品冷却后,离心收集沉淀,用乙醇洗涤,并在60-90℃下干燥12小时得到载体;
步骤四,将载体在空气中以1℃/min的加热速率在450-900℃下煅烧3小时。将0.1g煅烧后的载体分散在30ml去离子水中。随后,加入一定量的H2PtCl6水溶液,搅拌30分钟后,快速注入1mlNaOH和NaBH4的混合溶液,并连续搅拌1小时。离心收集产物,用去离子水洗涤,并在60-90℃干燥12小时,即得所述除甲醛催化剂。
将上述实施例3中所得甲醛催化剂置于微型管式催化剂评价装置上进行催化氧化甲醛反应,采用气相色谱定量分析。反应结果显示,甲醛催化剂在5h内可将650ppm甲醛完全分解,且催化剂在24h内保持稳定不失活。
实施例四:
一种降解甲醛催化剂的制备方法,包括如下步骤:
步骤一,将10mmol的CO(NO3)2·6H2O和40mmol2-甲基咪唑分别溶解于200ml甲醇中。接着,在剧烈搅拌下将2-MIM溶液快速添加到CO(NO3)2溶液中。室温静置24小时后,通过离心收集样品,用甲醇洗涤,并在60-90℃干燥得到催化剂前驱体。
步骤二,将催化剂前驱体在氮气气氛中以1℃/min的加热速率在400-900℃下煅烧3小时。取40mg煅烧的催化剂前驱体分散在含有80mgNi(NO3)2·6H2O的50ml乙醇溶液中,形成悬浮液。
步骤三,将悬浮液超声处理20分钟后,将溶液转移至不锈钢高压釜中,在100-120℃下进行溶剂热反应3小时。样品冷却后,离心收集沉淀,用乙醇洗涤,并在60-90℃下干燥12小时得到载体。
步骤四,将载体在空气中以1℃/min的加热速率在450-900℃下煅烧4小时。将0.1g煅烧的样品C分散在30ml去离子水中。随后,加入一定量的H2PtCl6水溶液,搅拌30分钟后,1ml的0.1mol/LNaOH和0.1mol/LNaBH4的混合溶液,并连续搅拌1小时。离心收集产物,用去离子水洗涤,并在60-90℃干燥12小时,即得所述除甲醛催化剂。
将上述实施例四中所得甲醛催化剂置于微型管式催化剂评价装置上进行催化氧化甲醛反应,采用气相色谱定量分析。反应结果显示,甲醛催化剂在4h内可将760ppm甲醛完全分解,且催化剂在24h内保持稳定不失活。
对比例一:
步骤一,将5mmol的Co(NO3)2·6H2O和20mmol的2-甲基咪唑分别溶解于100ml甲醇中。接着,在剧烈搅拌下将2-甲基咪唑溶液快速添加到Co(NO3)2溶液中。室温老化24小时后,通过离心收集样品,用甲醇洗涤,并在60-90℃干燥得到催化剂前驱体;
在与步骤四相同的煅烧条件下,由样品A制备Co3O4。将0.1gCo3O4分散在30ml去离子水中。随后,加入一定量的H2PtCl6水溶液,搅拌30分钟后,快速注入1ml的0.1mol/LNaOH和0.1mol/LNaBH4的混合溶液,并连续搅拌1小时。离心收集产物,用去离子水洗涤,并在60-90℃干燥12小时,即得不含氧化镍的除甲醛催化剂。
将上述对比例一中所得甲醛催化剂置于微型管式催化剂评价装置上进行催化氧化甲醛反应,采用气相色谱定量分析。反应结果显示,甲醛催化剂在8h内可将420ppm甲醛完全分解,且催化剂在24h内保持稳定不失活。
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明,凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等,均应视为本专利保护范围。
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明,凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等,均应视为本专利的保护范围。
Claims (7)
1.一种降解甲醛催化剂,其特征在于,包括活性组分和载体,其中活性组分包括铂金属组分,所述载体为四氧化三钴、或钴镍复合氧化物、或四氧化三钴和钴镍复合氧化物的组合物、或四氧化三钴和氧化镍的组合物、或钴镍复合氧化物和氧化镍的组合物、或四氧化三钴和钴镍复合氧化物和氧化镍的组合物。
2.根据权利要求1所述的一种降解甲醛催化剂,其特征在于,所述铂金属在所述载体上的负载量为0.10wt%-3.75wt%。
3.一种降解甲醛催化剂的制备方法,用于制备如权利要求1-3任一所述的一种降解甲醛催化剂,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一,将2-甲基咪唑溶液添加到硝酸钴溶液中,静置,离心,洗涤,干燥,得到催化剂前驱体;
步骤二,将催化剂前驱体煅烧后,浸渍在硝酸镍的乙醇溶液中,形成悬浮液;
步骤三,将所得悬浮液超声处理,再进行溶剂热反应,冷却,离心,洗涤,干燥以获取载体;
步骤四,将所述载体焙烧后,分散在去离子水中。随后,加入氯铂酸水溶液并搅拌,再注入氢氧化钠和硼氢化钠的混合溶液,搅拌,离心,洗涤,干燥,以得到所述除甲醛催化剂。
4.根据权利要求3所述的一种降解甲醛催化剂的制备方法,其特征在于,所述2-甲基咪唑溶液和硝酸钴溶液的溶剂为甲醇。
5.根据权利要求3所述的一种降解甲醛催化剂的制备方法,其特征在于,所述硝酸钴与2-甲基咪唑的物质的量的比值为1:4。
6.根据权利要求3所述的一种降解甲醛催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤二中,将催化剂前驱体煅烧的步骤具体为:将催化剂前驱体在惰性气体氛围中于400℃下煅烧2-3h,加热速率为1℃/min。
7.根据权利要求3所述的一种降解甲醛催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤四中的焙烧为在空气中于450-900℃下煅烧3-4h,加热速率为1℃/min。
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