室溫消除甲醛的負載型活性炭催化材料及製備方法
2023-05-30 11:33:01 1
專利名稱：室溫消除甲醛的負載型活性炭催化材料及製備方法
技術領域：
本發明涉及一種催化材料及其製備方法，特別是涉及一種室溫消除甲醛的負載型活性炭催化材料及製備方法。
背景技術：
在新裝修的住房及工作場所內，由於廣泛使用大量的板材家具及裝飾材料所帶來的有害氣體汙染尤其是甲醛氣體對人類生存健康造成嚴重威脅。甲醛是一種一種無色有強烈刺激性氣味的氣體，能與蛋白質結合，吸入高濃度甲醛後會出現呼吸道的嚴重刺激和水腫、眼刺痛、頭痛等不良反應，嚴重的會危及生命。裝修材料中釋放的甲醛主要來自於粘合齊U、塗料中，揮發性差，緩慢釋放長達十幾年，因此研製室溫下消除甲醛的材料具有重要的現實意義。甲醛的去除方法一般有吸附法，催化氧化法，生物脫除法，化學反應法等。吸附法最常用的是活性炭，一般需要將活性炭改性以提高吸附性能。催化氧化法具有較高的脫除效率和使用壽命，能使甲醛在低溫下氧化分解為無害的H2O和CO，是公認的較為理想的甲醛脫除方法。活性炭具有比表面積高，吸附性能好，負載於其上的貴金屬易回收等優點，因此活性炭常被用作催化劑的載體。以活性炭為載體可提高活性組分的分散度及穩定性，一般將活性炭通過強氧化劑處理、負載金屬氧化物加以改性來提高催化劑的性能。以活性炭為載體製備的催化氧化劑一般具有吸附和催化氧化的雙重功效。經過對現有技術的檢索發現文獻公開了一種消除甲醛的負載型催化劑及其製備方法和用途，該催化劑是將金屬氧化物浸潰到惰性載體上經焙燒後再負載貴金屬成分製得。催化劑所用的惰性載體為Y-Al2O3或介孔Al2O3或純矽介孔材料，貴金屬選自Pt、Ru、Rh、Pd、Au中的一種,金屬氧化物選自氧化鋪,氧化鈷,氧化鋅,氧化鐵,氧化鈦中的一種。該催化劑在低溫下能保持對甲醛較高的活性和穩定性，可在無需其他附加裝置的條件下將甲醛催化氧化而轉化成無害的H2O和CO，但在反應溫度為100°C時甲醛轉化率僅為91. 5%。又經檢索發現，文獻公開了一種用於消除甲醛的催化劑及其製備方法和用途。該催化劑以溶膠凝膠法或模板法製備複合氧化物載體，再將載體加入到貴金屬的鹽溶液中，經洗滌、烘乾、焙燒製得。在反應溫度為40°C時，甲醛的最高轉化率可達94.6%，但並未對催化劑的使用壽命做評價，不能完全反映出催化劑對甲醛的淨化效果。
發明內容
本發明的目的在於提供一種室溫消除甲醛的負載型活性炭催化材料及其製備方法。本發明是通過以下技術方案實現的該催化材料以強氧化劑處理過的活性炭為載體，經金屬氧化物改性後負載貴金屬活性組分製備而成。本發明提供一種室溫消除甲醛的負載型活性炭催化材料，其特徵在於，所述催化材料質量百分比組成為貴金屬活性組分為0.1 2%、金屬氧化物為I 20%，活性炭載體 78 98. 9%。所述的活性炭載體為塊狀蜂窩活性炭，孔隙率為50、100、150、200孔/平方英寸中
的一種或其組合。所述的貴金屬活性組分為金、鈀、釕、銠、鉬中的一種或其組合。所述的金屬氧化物為氧化鋅、氧化鈷、氧化錳、氧化鈦、氧化鎂、氧化鋯、氧化鑭、氧化鈰、氧化釹中的一種或其組合。本發明提供一種室溫消除甲醛的負載型活性炭催化材料的製備方法，其特徵在於包括以下步驟第一步、活性炭前處理配製10%的硝酸和10%的雙氧水溶液混合均勻，將活性炭浸潰其中I 8小時，取出後於60 120°C烘乾；第二步、活性炭改性配製所需濃度的金屬硝酸鹽溶液，將前處理過的活性炭等體積浸潰I 8小時後，於60 120°C烘箱中乾燥乾燥2 10小時；將乾燥後的活性炭在真空或氮氣保護下，於200 350°C焙燒I 4小時，製得改性活性炭；第三步、負載活性組分配製一定濃度的貴金屬氯化物溶液，20 60°C下等體積浸潰改性活性炭I 8小時後取出；配製一定濃度的硼氫化鈉(NaBH4)溶液，20 60°C下還原取出的活性炭I 10小時，用去離子水洗滌，過濾，60 120°C乾燥2 10小時，製得室溫消除甲醛的負載型活性炭催化材料。第二步所述的金屬硝酸鹽為硝酸鋅、硝酸鈷、硝酸錳、硝酸鈦、硝酸鎂、硝酸鋯、硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸釹中的一種或其組合。本發明的催化材料對甲醛的淨化性能評價在016臟、長300mm直型玻璃管反應器中進行，催化材料用量為6ml，原料氣組成為甲醛濃度為10 500ppm，其餘為空氣。反應在20 40°C常壓環境下進行，反應氣體積空速(GHSV)為IOOOOh'由美國InterScan 4160甲醛檢測儀檢測出甲醛濃度計算得到甲醛去除率。與現有技術相比，本發明的催化材料以強氧化劑處理過的活性炭為載體，經金屬氧化物改性後負載貴金屬活性組分製備而成。本發明具有以下優點該催化材料對甲醛消除具有吸附和常溫催化氧化的雙重功能，在室溫下空速為iooootr1時，催化材料對對甲醛的去除率達到98. 2%以上，使甲醛催化氧化成為無害的H2O和CO實現綠色消除，並且具有良好的抗水汽性能和壽命，製備工藝簡單易操作。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。對比例I前處理後的活性炭配製濃度為10 %的硝酸和10 %的雙氧水混合溶液IOml，將O 15mm、長50mm活性炭浸潰其中2h，取出後於120°C乾燥4h，製得前處理後的活性炭。將所制的活性炭按照前述試驗條件進行甲醛淨化性能評價，200C時甲醛的初始轉化率為86. 7%，4h後甲醛轉化率降為17.4%。
實施例1 :配製濃度為10 %的硝酸和10 %的雙氧水混合溶液IOml，將O 15mm、長50mm活性炭浸潰其中2h，取出後於120°C乾燥4h，製得前處理後的活性炭。稱取0. 2g硝酸鑭溶於6ml去離子水中配成溶液，將前處理過的活性炭置於溶液中等體積浸潰2h後，於120°C烘箱中乾燥4h。將乾燥後的活性炭在真空(或氮氣保護)下，於30(TC煅燒3h，製得改性活性炭。配製濃度為0. 008g/ml的氯金酸溶液6ml，60°C下浸潰改性活性炭2h ;配製濃度為0. 05g/ml的NaBH4溶液15ml，20°C下還原活性炭2h，用去離子水洗滌，過濾，100°C乾燥4h，製得成品催化材料。其中Au : La2O3 活性炭=I 5 IOO0將所制的活性炭按照前述試驗條件進行甲醛淨化化性能評價，20°C時甲醛的初始轉化率為95. 8%，4h後甲醛轉化率降為64. 9%。實施例2 配製濃度為10 %的硝酸和10 %的雙氧水混合溶液IOml，將O 15mm、長50mm活性炭浸潰其中2h，取出後於120°C乾燥4h，製得前處理後的活性炭。稱取0.1Og硝酸錳溶於6ml去離子水中配成溶液，將前處理過的活性炭置於溶液中等體積浸潰2h後，於120°C烘箱中乾燥4h。將乾燥後的活性炭在真空(或氮氣保護)下，於300°C煅燒3h，製得改性活性炭。配製濃度為0. 008g/ml的氯金酸溶液6ml，60°C下浸潰改性活性炭2h ;配製濃度為0. 05g/ml的NaBH4溶液15ml，20°C下還原活性炭2h，用去離子水洗滌，過濾，100°C乾燥4h，製得成品催化材料。其中Au : MnO2 活性炭=I 5 IOO0將所制的活性炭按照前述試驗條件進行甲醛淨化化性能評價，20°C時甲醛的初始轉化率為77. 4%，4h後甲醛轉化率降為47. 6%。實施例3 配製濃度為10 %的硝酸和10 %的雙氧水混合溶液IOml，將O 15mm、長50mm活性炭浸潰其中2h，取出後於120°C乾燥4h，製得前處理後的活性炭。稱取0. 195g硝酸釹溶於6ml去離子水中配成溶液，將前處理過的活性炭置於溶液中等體積浸潰2h後，於120°C烘箱中乾燥4h。將乾燥後的活性炭在真空(或氮氣保護)下，於300°C煅燒3h，製得改性活性炭。配製濃度為0. 008g/ml的氯金酸溶液6ml，60°C下浸潰改性活性炭2h ;配製濃度為
0.05g/ml的NaBH4溶液15ml，20°C下還原活性炭2h，用去離子水洗滌，過濾，100°C乾燥4h，製得成品催化材料。其中Au : Nd2O3 活性炭=I 5 IOO0將所制的活性炭按照前述試驗條件進行甲醛淨化化性能評價，20°C時甲醛的初始轉化率為98. 2 %，4h後甲醛轉化率仍高達94. 7 %，24h後甲醛轉化率為91.9%。實施例4 配製濃度為10%的硝酸和10%的雙氧水混合溶液10ml，將O 15mm、長50mm活性炭浸潰其中2h，取出後於120°C乾燥4h，製得前處理後的活性炭。稱取0. 3775g硝酸鈰溶於6ml去離子水中配成溶液，將前處理過的活性炭置於溶液中等體積浸潰2h後，於120°C烘箱中乾燥4h。將乾燥後的活性炭在真空(或氮氣保護)下，於300°C煅燒3h，製得改性活性炭。配製濃度為0. 008g/ml的氯金酸溶液6ml，60°C下浸潰改性活性炭2h ;配製濃度為0.05g/ml的NaBH4溶液15ml，20°C下還原活性炭2h，用去離子水洗滌，過濾，100°C乾燥4h，製得成品催化材料。其中Au : CeO2 活性炭=I 5 IOO0將所制的活性炭按照前述試驗條件進行甲醛淨化化性能評價，20°C時甲醛的初始轉化率為94. 5%，4h後甲醛轉化率降為87. 3%。實施例5 配製濃度為10 %的硝酸和10 %的雙氧水混合溶液IOml，將O 15mm、長50mm活性炭浸潰其中2h，取出後於120°C乾燥4h，製得前處理後的活性炭。稱取0. 3775g硝酸鈰溶於6ml去離子水中配成溶液，將前處理過的活性炭置於溶液中等體積浸潰2h後，於120°C烘箱中乾燥4h。將乾燥後的活性炭在真空(或氮氣保護)下，於300°C煅燒3h，製得改性活性炭。配製濃度為0. 006g/ml的氯化鈀溶液6mL，60°C下浸潰改性活性炭2h ;配製濃度為
0.05g/ml的NaBH4溶液15ml，20°C下還原活性炭2h，用去離子水洗滌，過濾，100°C乾燥4h，製得成品催化材料。其中Pd CeO2 活性炭=1:5: 100。將所制的活性炭按照前述試驗條件進行甲醛淨化化性能評價，20°C時甲醛的初始轉化率為97. 3%，4h後甲醛轉化率降為75. 1%。
權利要求
1.一種室溫消除甲醛的負載型活性炭催化材料，其特徵在於，所述催化材料質量百分比組成為:貴金屬活性組分為0.1 2%、金屬氧化物為I 20%，活性炭載體78 98.9%。
2.根據權利要求1所述一種室溫消除甲醛的負載型活性炭催化材料，其特徵在於，所述的活性炭載體為塊狀蜂窩活性炭，孔隙率為50、100、150、200孔/平方英寸中的一種或其組合。
3.根據權利要求1所述一種室溫消除甲醛的負載型活性炭催化材料，其特徵在於，所述的貴金屬活性組分為金、鈀、釕、銠、鉬中的一種或其組合。
4.根據權利要求1所述一種室溫消除甲醛的負載型活性炭催化材料，其特徵在於，所述的金屬氧化物為氧化鋅、氧化鈷、氧化錳、氧化鈦、氧化鎂、氧化鋯、氧化鑭、氧化鈰、氧化釹中的一種或其組合。
5.根據權利要求1 4之一所述一種室溫消除甲醛的負載型活性炭催化材料的製備方法，其特徵在於包括以下步驟: 第一步、活性炭 前處理:配製10%的硝酸和10%的雙氧水溶液混合均勻，將活性炭浸潰其中1 8小時，取出後於60 120°C烘乾； 第二步、活性炭改性:配製所需濃度的金屬硝酸鹽溶液，將前處理過的活性炭等體積浸潰I 8小時後，於60 120°C烘箱中乾燥乾燥2 10小時；將乾燥後的活性炭在真空或氮氣保護下，於200 350°C焙燒I 4小時，製得改性活性炭； 第三步、負載活性組分:配製一定濃度的貴金屬氯化物溶液，20 60°C下等體積浸潰改性活性炭I 8小時後取出；配製一定濃度的硼氫化鈉(NaBH4)溶液，20 60°C下還原取出的活性炭I 10小時，用去離子水洗滌，過濾，60 120°C乾燥2 10小時，製得室溫消除甲醛的負載型活性炭催化材料。
6.根據權利要求5所述一種室溫消除甲醛的負載型活性炭催化材料的製備方法，其特徵在於，第二步所述的金屬硝酸鹽為硝酸鋅、硝酸鈷、硝酸錳、硝酸鈦、硝酸鎂、硝酸鋯、硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸釹中的一種或其組合。
全文摘要
本發明公開了一種室溫消除甲醛的負載型活性炭催化材料，其特徵在於，所述催化材料質量百分比組成為貴金屬活性組分為0.1～2％、金屬氧化物為1～20％，活性炭載體78～98.9％。本發明還公開了一種室溫消除甲醛的負載型活性炭催化材料的製備方法，其特徵在於包括以下步驟活性炭前處理；活性炭改性；負載活性組分洗滌，過濾，乾燥，製得室溫消除甲醛的負載型活性炭催化材料。該催化材料對室溫下甲醛消除具有吸附和常溫催化氧化的雙重功能，在室溫下空速為10000h-1時，催化材料對甲醛的去除率達到98.2％以上，使甲醛催化氧化成為無害的H2O和CO實現綠色消除，並且具有良好的抗水汽性能和壽命，製備工藝簡單易操作。
文檔編號B01J23/63GK103071489SQ201110327429
公開日2013年5月1日 申請日期2011年10月25日 優先權日2011年10月25日
發明者周潔, 姚煒, 劉洋, 張豪傑, 何丹農 申請人:上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司