一種室溫條件下完全催化氧化室內低濃度甲醛的催化劑的製作方法
2023-05-17 23:46:21 1
一種室溫條件下完全催化氧化室內低濃度甲醛的催化劑的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種室溫條件下完全催化氧化室內低濃度甲醛的催化劑，其特徵在於：該催化劑包括納米金屬氧化物、貴金屬組分和助劑組分，以納米金屬氧化物為載體，貴金屬組分是鉑，鈀，釕，銠，金，銀中的至少一種；助劑是稀土元素鐠，釤，鑭，鈰，釔，釹中的一種或者一種以上。本發明的優點在於：本發明採用一種或兩種稀土改性無機納米氧化物載體，有利於提高金屬納米粒子的分散度和催化氧化甲醛活性。因此在維持相同催化活性的情況下，可降低貴金屬用量，降低催化劑成本。本發明催化劑可以在室溫條件下完全氧化甲醛，不需要藉助光，電等複雜的外部輔助設備。本發明催化劑能在室溫下就將室內低濃度的有害甲醛氣催化氧化成無毒無害的二氧化碳和水。
【專利說明】一種室溫條件下完全催化氧化室內低濃度甲醛的催化劑
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種催化劑，特別涉及一種用於淨化室內空氣汙染物甲醛的稀土改性無機納米氧化物負載貴金屬催化劑。
【背景技術】
[0002]甲醛是室內空氣汙染中常見和普遍的主要汙染物之一。它主要是由一些建材以及室內裝修材料的釋放而產生的。長期處在含有甲醛的室內，儘管甲醛濃度低至PPm級也會對人體健康產生很大的危害。甲醛對人體的毒性作用，主要是對眼部、呼吸系統、肺功能、神經系統功能和免疫系統具有毒性作用。長期接觸甲醛對人體有致癌作用。甲醛也是一種較強的致突變、致癌物質，是引起腫瘤死亡的危險因素之一。長期接觸低劑量甲醛，也可引起慢性呼吸道疾病，可引起鼻咽癌、結腸癌、腦瘤、月經紊亂、細胞核的基因突變，DNA單鏈內交連和DNA與蛋白質交連及抑制DNA損傷的修復、妊娠症候群，可引起新生兒染色體異常、白血病，也可引起青少年記憶力和智力下降。在所有接觸者中，兒童和孕婦對甲醛尤為敏感，危害也就更大。甲醛為較高毒性的物質，在我國有毒化學品優先控制名單上甲醛高居第二位。
[0003]我國國家標準規定的室內甲醛汙染物的濃度限值是0.08 mg/m3,因此為了去除室內甲醛汙染，給人們營造一個健康的生活的環境，室內甲醛的清除也越來越受到大家的關注。現有室內甲醛淨化技術主要有光催化去除甲醛，吸附去除甲醛，以及催化氧化甲醛去除等方法，在所有的這些方法中，催化氧化甲醛去除因其效率高，不產生二次汙染，具有重要的應用前景。
[0004]中國專利CN1714930A發明了室溫條件下甲醛氣體催化氧化催化劑，但其貴金屬負載量超過0.5% (質量百分率，以下同)。中國專利CN101053832A公開了一種室內空氣中甲醛淨化的錳鈰複合物負載型催化劑，該錳鈰複合物載體通過沉澱-沉積法製備，活性組分負載後再高溫焙燒，整個過程也比較複雜。中國專利CN1016125789A設計一種室溫消除甲醛的納米金催化劑及其製備方法。該催化劑的活性組分為金，在高溫條件下氫氣氣氛內還原。中國專利CN101497042A公開了一種空氣中甲醛低溫催化氧化消除催化劑，該催化劑為錳氧化物(Mn3O4)負載貴金屬鉬，並添加稀土金屬氧化物、鹼或鹼土金屬氧化物等助劑。中國發明專利CN274281A涉及一種室溫去除空氣中甲醛催化劑及其製備方法，該催化劑為Co-Ce-Sn多孔複合氧化物負載貴金屬鉬，該催化劑的製備工藝非常複雜。中國發明專利ZL101380574B採用鹼或鹼金屬為助劑改性無機氧化物負載貴金屬後也具有較好的催化氧化甲醛效果。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種室溫條件下用於室內低濃度甲醛清除的高效催化劑。該催化劑是用簡單易得的納米無機氧化物為載體，少量的貴金屬，以及廉價的稀土元素為助劑，製備方法簡單操作方便，特別是添加稀土助劑後催化劑活性得到了提高。該催化劑在大量研究試驗中不斷的改進，使得對室內甲醛的催化氧化有很好的效果，在室溫條件下就能將室內低濃度的甲醛完全催化氧化成二氧化碳和水，並且在長時間內保持穩定的活性。
[0006]本發明的技術方案為:一種室溫條件下完全催化氧化室內低濃度甲醛的催化劑，其特徵在於:該催化劑包括納米金屬氧化物、貴金屬組分和助劑組分，以納米金屬氧化物為載體，貴金屬組分是鉬，鈀，釕，銠，金，銀中的至少一種；助劑是稀土元素鐠，釤，鑭，鈰，釔，釹中的一種或者一種以上。
[0007]納米無機氧化物載體是氧化鋁、二氧化鈰、氧化矽、二氧化鐵、氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂、氧化銅、二氧化錫、氧化鈣其中的一種或一種以上的混合物或複合氧化物組成。
[0008]貴金屬組分是該貴金屬或該貴金屬的氧化物或者無機鹽；助劑組分是該稀土金屬或該稀土金屬氧化物或者無機鹽。
[0009]貴金屬組分按金屬元素重量換算計的負載量是0.0ΡΓ0.7% ;稀土助劑的含量按金屬元素重量換算計的負載量是0.19Γ10%。
[0010]該催化劑的製備流程:取一定量納米無機氧化物粉末浸潰於一定濃度的稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌並蒸乾、乾燥後，在空氣氣氛中焙燒待用；稀土修飾後的載體再浸潰一定濃度的氯鉬酸溶液，攪拌並蒸乾、乾燥後，在空氣氣氛中焙燒；將負載好貴金屬的催化劑在一定溫度下置於氫氣氣氛中還原處理。
[0011]本發明催化劑採用浸潰法或者沉積沉澱法或者溶膠-凝膠法製備而成。比如用沉積沉澱法時，納米氧化物載體與貴金屬和助劑稀土的可溶化合物水溶液中，用氨水或尿素為沉澱劑將貴金屬與稀土金屬沉澱到載體表面。然後抽濾洗滌得到固體，在80-120 °G下乾燥，在空氣或氫氣或氮氣條件下，於馬弗爐中在200-700 °C焙燒2-10小時。本發明催化劑在製備過程中貴金屬與稀土元素助劑同時或者以先後次序負載在納米無機氧化物載體。
[0012]該催化劑的製備系統包括反應釜、旋轉蒸發儀、乾燥焙燒爐、反應釜(4)、旋轉蒸發儀、乾燥焙燒爐、還原爐，以上設備依次通過管道連接。
[0013]本發明的優點在於:本發明涉及的催化劑具有極佳的甲醛催化氧化活性，能夠在室溫下將室內低濃度的甲醛完全催化氧化成二氧化碳和水，並且在長時間內保持穩定的活性，不產生二次汙染。本發明採用一種或兩種稀土改性無機納米氧化物載體，有利於提高金屬納米粒子的分散度和催化氧化甲醛活性。因此在維持相同催化活性的情況下，可降低貴金屬用量，降低催化劑成本。本發明催化劑可以在室溫條件下完全氧化甲醛，不需要藉助光，電等複雜的外部輔助設備。本發明催化劑能在室溫下就將室內低濃度的有害甲醛氣催化氧化成無毒無害的二氧化碳和水。本發明催化劑的原料簡單易得，貴金屬負載量低，成本低廉。製備過程方便，使用條件簡單，對室內低濃度甲醛的室溫催化氧化效果明顯，而且穩定性好，因此具有很好的工業化前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明催化劑的室溫甲醛催化氧化壽命測試圖；
圖2為本製備系統連接不意圖。
【具體實施方式】
[0015]為了更清楚的說明本發明，列舉以下實施例，但其對本發明的範圍無任何限制。
[0016]對比例I
取一定量二氧化鈦粉末浸潰於一定濃度的氯鉬酸水溶液中，攪拌並蒸乾、乾燥後，在空氣氣氛中焙燒，然後氫氣還原製得對比例I催化劑，製得的催化劑中，鉬組分按金屬元素重量換算計含量是0.1%。製得的催化劑在體積空速GHSV為60000 h—1條件下對甲醛的室溫催化效果為88.5%。
[0017]對比例2
取一定量二氧化鈦粉末浸潰於一定濃度的氯鉬酸水溶液和碳酸鈉水溶液中，攪拌並蒸乾、乾燥後，在空氣氣氛中焙燒，然後氫氣還原製得對比例2催化劑，製得的催化劑中，鉬組分按金屬元素重量換算計含量是0.1%。製得的催化劑在體積空速GHSV為60000 IT1條件下對甲醛的室溫催化效果為92.4%。
[0018]實施例1-1
取一定量二氧化鈦粉末浸潰於一定濃度的稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌並蒸乾後，在空氣氣氛中焙燒，稀土修飾後的載體再浸潰一定濃度的氯鉬酸溶液，攪拌並蒸乾、乾燥後，在空氣氣氛中焙燒，然後氫氣氣氛中還原製得實施例1-1催化劑，製備的催化劑中，鉬組分按金屬元素重量換算計含量是0.1%。稀土組分按金屬元素重量換算計含量是1%。製得的催化劑在GHSV為60000 r1條件下對甲醛的室溫催化效果為93.1%。
[0019]實施例1-2
取一定量二氧化鈦粉末浸潰於一定濃度的稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌並蒸乾後，在空氣氣氛中焙燒，製得載體再浸潰一定濃度的氯鉬酸溶液，攪拌蒸乾並乾燥後，在空氣氣氛中焙燒，然後氫氣還原製得實施例1-2催化劑，製得的催化劑中，鉬組分按金屬元素重量換算計含量是0.1%。稀土組分按金屬元素重量換算計含量是3%。製得的催化劑在GHSV為60000條件下對甲醛的室溫催化效果為100%，壽命曲線見附圖1，連續反應40 h，活性保持在100%，未見下降趨勢。
[0020]實施例1-3
取一定量二氧化鈦粉末浸潰於一定濃度的稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌蒸乾後，在空氣氣氛中焙燒。製得載體再浸潰一定濃度的氯鉬酸溶液，攪拌並蒸乾、乾燥後，並在空氣氣氛中焙燒，然後氫氣還原製得實施例1-3催化劑，製得的催化劑中，鉬組分按金屬元素重量換算計含量是0.1%。稀土組分按金屬元素重量換算計含量是5%。製得的催化劑在GHSV為60000 IT1條件下對甲醛的室溫催化效果為94.2%。
[0021]實施例1-4
取一定量二氧化鈦粉末浸潰於一定濃度的稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌並蒸乾乾燥後，在空氣氣氛中焙燒。製得載體再浸潰一定濃度的氯鉬酸溶液，攪拌並蒸乾乾燥後，在空氣氣氛中焙燒，然後氫氣還原製得實施例1-4催化劑，製得的催化劑中，鉬組分按金屬元素重量換算計含量是0.1%。稀土組分按金屬元素重量換算計含量是7%。製得的催化劑在GHSV為60000 IT1條件下對甲醛的室溫催化效果為91.3%。
[0022]實施例1-5
取一定量二氧化鈦粉末浸潰於一定濃度的複合稀土硝酸鹽(含兩種及以上)水溶液中，攪拌並蒸乾乾燥後，在空氣氣氛中焙燒。製得載體再浸潰一定濃度的氯鉬酸溶液，攪拌並蒸乾乾燥後，在空氣氣氛中焙燒，然後氫氣還原製得實施例1-5催化劑，製得的催化劑中，鉬組分按金屬元素重量換算計含量是0.1%。複合稀土組分按金屬元素重量換算計含量是3%。製得的催化劑在GHSV為60000 條件下對甲醛的室溫催化效果為95.3%。
[0023]實施例1-6
取一定量二氧化鈦粉末浸潰於一定濃度的稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌並蒸乾乾燥後，在空氣氣氛中焙燒。製得載體再浸潰一定濃度的氯鉬酸溶液，攪拌並蒸乾乾燥後，在空氣氣氛中焙燒，然後氫氣還原製得實施例1-6催化劑，製得的催化劑中，鉬組分按金屬元素重量換算計含量是0.05%。稀土組分按金屬元素重量換算計含量是3%。製得的催化劑在GHSV為60000 條件下對甲醛的室溫催化效果為93%。
[0024]實施例1-7
取一定量二氧化鈦和氧化鈣機械混合粉末浸潰於一定濃度的稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌並蒸乾乾燥後，在空氣氣氛中焙燒。製得載體再浸潰一定濃度的氯鉬酸溶液，攪拌並蒸乾乾燥後，在空氣氣氛中焙燒，然後氫氣還原製得實施例1-7催化劑，製得的催化劑中，鉬組分按金屬元素重量換算計含量是0.3%。稀土組分按金屬元素重量換算計含量是3%。製得的催化劑在GHSV為60000 條件下對甲醛的室溫催化效果為100%。
[0025]實施例1-8
取一定量二氧化鈦-二氧化錫複合氧化物粉末浸潰於一定濃度的稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌並蒸乾乾燥後，在空氣氣氛中焙燒。製得載體再浸潰一定濃度的硝酸鈀溶液，攪拌並蒸乾乾燥後，在空氣氣氛中焙燒，然後氫氣還原製得實施例1-8催化劑，製得的催化劑中，鈀組分按金屬元素重量換算計含量是0.1%。稀土組分按金屬元素重量換算計含量是3%ο製得的催化劑在GHSV為60000 IT1條件下對甲醛的室溫催化效果為95.2%。
[0026]實施例1-9
取一定量二氧化鈦粉末浸潰於一定濃度的稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌並蒸乾乾燥後，在空氣氣氛中焙燒。將製得載體再加入一定濃度的氯鉬酸溶液，加入尿素當沉澱劑，調節PH=1使鉬沉澱完全後過濾、洗滌、乾燥，在空氣氣氛中焙燒，然後氫氣還原製得實施例1-9催化劑，製得的催化劑中，鉬組分按金屬元素重量換算計含量是0.1%。稀土組分按金屬元素重量換算計含量是3%。製得的催化劑在GHSV為60000 IT1條件下對甲醛的室溫催化效果為 91.4% ο
[0027]實施例1-10
取一定量氧化鋁粉末浸潰於一定濃度和稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌並蒸乾乾燥後，在空氣氣氛中焙燒。製得載體再浸潰一定濃度的氯鉬酸溶液，攪拌並蒸乾乾燥後，在空氣氣氛中焙燒，然後氫氣還原製得實施例1-10催化劑，製得的催化劑中，鉬組分按金屬元素重量換算計含量是0.1%。稀土組分按金屬元素重量換算計含量是3%。製得的催化劑在GHSV為60000 h_1條件下對甲醛的室溫催化效果為85.3%。
【權利要求】
1.一種室溫條件下完全催化氧化室內低濃度甲醛的催化劑，其特徵在於:該催化劑包括納米金屬氧化物、貴金屬組分和助劑組分，以納米金屬氧化物為載體，貴金屬組分是鉬，鈕，釕，錯，金，銀中的至少一種；助劑是稀土元素鐠，衫，鑭，鋪，釔，釹中的一種或者一種以上。
2.根據權利要求1所述室溫條件下完全催化氧化室內低濃度甲醛的催化劑，其特徵在於:納米無機氧化物載體是氧化鋁、二氧化鈰、氧化矽、二氧化鐵、氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂、氧化銅、二氧化錫、氧化鈣其中的一種或一種以上的混合物或複合氧化物組成。
3.根據權利要求1所述室溫條件下完全催化氧化室內低濃度甲醛的催化劑，其特徵在於:貴金屬組分包括該貴金屬或該貴金屬的氧化物或者無機鹽；助劑組分包括該稀土金屬或該稀土金屬氧化物或者無機鹽。
4.根據權利要求1所述室溫條件下完全催化氧化室內低濃度甲醛的催化劑，其特徵在於:貴金屬組分按金屬元素重量換算計的負載量是0.0ΡΓΟ.7% ;稀土助劑的含量按金屬元素重量換算計的負載量是0.19Γ10%。
5.根據權利要求1所述室溫條件下完全催化氧化室內低濃度甲醛的催化劑，其特徵在於:該催化劑的製備流程:取一定量納米無機氧化物粉末浸潰於一定濃度的稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌並蒸乾、乾燥後，在空氣氣氛中焙燒待用；稀土修飾後的載體再浸潰一定濃度的氯鉬酸溶液，攪拌並蒸乾、乾燥後，在空氣氣氛中焙燒；將負載好貴金屬的催化劑在一定溫度下置於氫氣氣氛中還原處理。
6.根據權利要求1所述室溫條件下完全催化氧化室內低濃度甲醛的催化劑，其特徵在於:該催化劑的製備系統包括反應釜(I)、旋轉蒸發儀(2)、乾燥焙燒爐(3)、反應釜(4)、旋轉蒸發儀(5)、乾燥焙燒爐(6)、還原爐(7)，以上設備依次通過管道連接。
【文檔編號】B01J23/66GK104162425SQ201410345044
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月21日 優先權日:2014年7月21日
【發明者】張海平, 範美仁 申請人:貝谷科技股份有限公司