CN1795970A - 一种高效的室温条件下催化完全氧化甲醛的催化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于室温条件下催化完全氧化低浓度甲醛的高活性催化剂。该催化剂使用简单易得的金属氧化物和非常少量的贵金属为原料，制备方法简单。该催化剂由金属氧化物为主体，在金属氧化物上负载贵金属组分构成。其特征在于，前述金属氧化物组分可以是下列的金属氧化物群中至少一种，前述贵金属组分可以是下列的贵金属群中至少一种。金属氧化物：二氧化铈、二氧化锆、二氧化钛、三氧化二铝、三氧化二镧、氧化镁、氧化锌、氧化钙、氧化铜；贵金属群：铂、金、铑、钯、银。本发明的催化剂，由普通金属氧化物和少量贵金属组成，可有效应用于室温条件下甲醛的催化氧化。本发明的催化剂的催化活性高，持续时间长，在室温条件下甲醛的转化率可高达100％，产物为二氧化碳和水。本发明的催化剂使用时不需要其它附加的外在条件，节约能源，具有推广的价值。
Description
技术领域
本发明用于室温条件下催化氧化甲醛气体，可以在室温条件下将甲醛气体催化氧化为二氧化碳和水，催化剂在一定的时间范围内具有很高的甲醛氧化活性，甲醛的转化率可达100％。
技术背景
随着人们物质文化生活水平的提高，室内装修已成为时尚。但室内空气污染也越来越严重。甲醛是家具和装修中最严重的污染物。多种室内装修材料，如家具油漆、墙纸、塑料地板、化纤地毯、门窗等，都有可能向室内释放甲醛，尤其现今的人造板材普遍使用酚醛树脂等能够释放出甲醛的粘合剂，在室内环境中释放甲醛可持续数年。长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、月经紊乱、细胞核的基因突变，DNA单链内交连和DNA与蛋白质交连及抑制DNA损伤的修复、妊娠综合症，引起新生儿染色体异常、白血病，引起青少年记忆力和智力下降。在所有接触者中，儿童和孕妇对甲醛尤为敏感，危害也就更大。甲醛作为较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物。近几年来，由于各方面的宣传和人们科普知识的提高，对室内装修引发的一系列污染问题越来越重视，解决室内环境污染成为各国研究者所关注的热点问题之一。
目前，各种空气净化器主要应用活性炭的强吸附性吸附甲醛等污染物。常用多孔碳材料、有蜂窝状活性炭，球状活性炭，活性炭纤维，新型活性炭以及分子筛、沸石、多孔粘土矿石、活性氧化铝和硅胶等作为吸附剂。此种方法比较简单，但吸附剂需定期更换。用催化技术将甲醛分解为无害无味物质的传统的催化分解需要在一定温度下完成(一般在200℃以上)，运行费用较高。等离子体催化技术虽然可在常温、常压下分解有害气体，但是会产生一氧化碳、臭氧和氮氧化物等副产物，且可发生等离子体的设备价格昂贵。当前研究比较多的是纳米光催化分解甲醛技术，这类催化剂主要以TiO2纳米粉体或薄膜作为光催化剂，原料制备方法复杂，技术要求高，且纳米光催化剂需要特定的激发光源。室温条件下直接非光催化氧化低浓度甲醛为无害的水和二氧化碳。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种用于室温条件下催化氧化低浓度甲醛的高选择性催化剂。该催化剂使用简单易得的金属氧化物和非常少量的贵金属为原料，制备方法简单。本发明是在充分考虑到以往的研究结果的基础上，进行了大量研究的结果。所提供的催化剂在室温条件下就可以将甲醛完全催化转化为二氧化碳和水，并且在相当长的时间范围内转化率保持在100％。不需要复杂的附属设备和外在条件。
本发明的催化剂以金属氧化物为载体，负载0.1～5％的其它贵金属。前述金属氧化物可以是二氧化铈、二氧化锆、二氧化钛、三氧化二铝、三氧化二镧、氧化镁、氧化锌、氧化钙、氧化铜其中的一种或一种以上氧化物的混合物。负载的贵金属组分可以是铂、金、铑、钯、银中的一种或者一种以上。
前述的催化剂，贵金属组分可通过用各自的可溶的化合物水溶液以众所周知的浸渍法、沉淀法、溶胶-凝胶法负载于金属氧化物上。比如使用浸渍法时，可将选定的金属氧化物浸泡于贵金属和其他金属各自的可溶化合物水溶液中，搅拌1-24小时，在80-120℃干燥，在空气或氮气或氢气或真空中阶段性地从100℃升温至600℃。贵金属组分和其他金属组分的颗粒大小可以通过调整温度、时间、和气氛等因素得到控制。按照本发明，也可以任何顺序将一种或几种贵金属组分按前述方法负载于金属氧化物上，然后按同样方法负载其余贵金属组分。按照本发明，贵金属组分也可以分别负载在不同金属氧化物上通过混合构成催化剂。
前述的催化剂，根据不同的需要，可以制成各种结构，如负载在蜂窝陶瓷体或金属制成的筛网结构的壁表面上，或开孔泡沫体也可以用作催化剂的结构性载体。也可将催化剂制成球状或板状使用。
本发明制备过程简单，操作方便。同现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明的催化剂制备原料低廉易得，使用条件简单，可有效应用于室温条件下氧化甲醛。
(2)本发明的催化剂在室温条件下就可以催化甲醛为无害的二氧化碳和水。
(3)本发明的催化剂在有效工作时间区间内甲醛的转化率可以达到100％。
(4)本发明催化剂用量少，且不需要耗费电力热力，节约能源。
为了更清楚地说明本发明，列举以下对比例和实施例，但其对本发明的范围无任何限制。
对比例1
取10克三氧化二铝粉末，加入一定量的去离子水。在搅拌情况下，加入1％的Au溶液，搅拌1小时后，在70℃旋转蒸发烘干，然后在600℃焙烧5小时得到所需催化剂。将催化剂过筛为40～60目大小颗粒备用。
对比例2
将0.066克对比例1催化剂放置于管式固定床反应器中反应，实验条件如下所示：
体积组成：氧气：20％，氮气：80％，甲醛气体用甲醛气体发生器产生，由氮气吹入反应体系，控制甲醛浓度为0.05％，反应空速(GHSV)为50,000/小时。在室温条件下，甲醛转化率为零。
实施例1
取10克二氧化钛粉末，加入一定量的去离子水。在搅拌情况下，加入1％的Pt溶液，搅拌1小时后，在70℃旋转蒸发烘干，然后在600℃焙烧5小时得到所需催化剂。将催化剂过筛为40～60目大小颗粒备用。
实施例2
将0.066克实施例1催化剂放置于管式固定床反应器中反应，实验条件如下所示：
体积组成：氧气：20％，氮气：80％，甲醛气体用甲醛气体发生器产生，由氮气吹入反应体系，控制甲醛浓度为0.05％，反应空速(GHSV)为50,000/小时。在室温条件下，甲醛的转化率为100％，保持24小时之后转化率未见下降。
Claims (5)
1.一种高效的在室温条件下催化完全氧化甲醛气体的催化剂，其特征在于，该催化剂由在金属氧化物上负载少量的贵金属组分构成。
2.如前述权利要求1所述的催化剂，其特征在于，其贵金属组分可以是铂、金、铑、钯、银中的一种或者一种以上。
3.如前述权利要求1所述的催化剂，其特征在于，前述贵金属组分可通过用各自的可溶的化合物水溶液以众所周知的浸渍法、沉淀法、溶胶-凝胶法负载于金属氧化物上。
4.如前述权利要求1所述的催化剂，其特征在于，前述金属氧化物载体上的贵金属组分的金属元素重量换算值负载量为0.1-5％。
5.如前述权利要求1所述的催化剂，其特征在于，金属氧化物载体可以是二氧化铈、二氧化锆、二氧化钛、三氧化二铝、三氧化二镧、氧化镁、氧化锌、氧化钙、氧化铜其中的一种或一种以上氧化物的混合物。
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