一種有機配體改性甲醛淨化催化劑的製備方法與流程
2023-07-03 23:30:01
本發明涉及室內空氣淨化技術，尤其是涉及一種有機配體改性淨化空氣分解甲醛的催化劑及其用催化劑製成的空氣淨化器。
背景技術：
隨著工業化進程的不斷加快，室內空氣汙染日趨嚴重，使得室內空氣淨化也尤為關注。因此人們對居家環境的質量也有了更高的要求。目前對於室內空氣淨化大都採用濾網+活性炭濾網紫外線殺菌消毒+靜電吸附濾網等方法來吸附粉塵、消除異味、殺菌消毒來淨化空氣。
隨著人們生活水平的提高，居家裝修已成為普遍性的時尚，但大量建築材料和裝潢材料又造成了室內空氣的汙染，這些材料中各種化學添加劑使用量也在不斷增加，使得新裝修房間內空氣中揮發性氣體濃度高於室外，甚至高於工業區。因此室內空氣除有粉塵顆粒、微生物汙染物外，還有化學添加劑產生的甲醛、甲苯、氨等揮發性氣體等。其中揮發性氣體主要甲醛。而甲醛是一種無色易溶的刺激性氣體，當室內含量為 0.1 毫克/立方米時就有異味和不適感；0.5 毫克/立方米可刺激眼睛引起流淚；0.6 毫克/立方米時引起咽喉不適或疼痛；濃度再高可引起噁心、嘔吐、咳嗽、胸悶、氣喘甚至肺氣腫；30 毫克/立方米時可當即導致死亡。長期接觸低劑量甲醛還可引起慢性呼吸道疾病和致癌。
目前市場上的空氣淨化器的種類繁多、功能不盡相同，使用方法也不相同，空氣淨化器一般設置在室內地面上，也有將淨化材料裝入框內掛在牆壁上或用袋裝式設置有分散設置在室內或移動的空氣內。但僅工作原理來分，主要有以下兩種：一種是被動吸附過濾式的空氣淨化器。被動式的空氣淨化，是用風機將空氣抽入機器，通過內置的濾網、活性炭濾網、紫外線殺菌消毒+靜電吸附濾網過濾空氣，主要能夠起到過濾粉塵、消除異味、殺菌消毒和吸附有害氣體等作用，但它不能分解有害氣體，容易使吸附的有害氣體再次脫開形成二次汙染；二種是主動式的空氣淨化器，它常採用銀離子、負離子、低溫等離子技術，雖然它擺脫了風機與濾網的限制，不是被動的等待室內空氣被抽入淨化器內進行過濾淨化，之後再通過風機排出，而是有效、主動的向空氣中釋放淨化滅菌因子，通過空氣瀰漫性的特點，到達室內的各個角落對空氣進行無死角淨化，但該類空氣淨化器最大的缺陷就是臭氧釋放量超標。光觸媒技術淨化空氣是一種以納米級二氧化鈦為代表的具有光催化功能的光半導體材料的新技術，它塗布於基材表面，在光線的作用下，產生催化降解功能，能降解空氣中甲醛等有毒有害氣體，但淨化效率較低。
技術實現要素：
針對上述現有技術中空氣淨化器所存的問題，本發明提供了一種既可過濾和吸附空氣中粉塵顆粒、消除異味、殺菌消毒和吸附有害氣體，又可有效分解有害氣體，提高淨化效率的有機配體改性甲醛淨化催化劑的製備方法。
本發明所述有機配體改性甲醛淨化催化劑的製備方法步驟是：
1、先用陶瓷原料及輔料經球磨、練泥、成型、烘乾定型和高溫焙燒製成蜂窩孔陶瓷片，
2、將氧化鈦原料球磨粉碎成200目以上的粉料，
3、將總含量為氧化鈦粉料重量1-10%的La與Cu、Fe、Ni三種中至少一種與Sn、Mn兩種中至少一種進行混合預混，再加兩倍氧化鈦粉料重量的水混合製成相應的水溶性鹽，
4、在攪拌條件下，在水溶性鹽中加入步驟b的氧化鈦粉料，再水浴蒸乾，經100-120oC乾燥後，再高溫焙燒製成改性催化劑載體，
5、稱取硝酸鉑溶液，硝酸鉑溶液中Pt含量為改性催化劑載體重量0.1-2%，將硝酸鉑溶液加入到由甲醇、乙醇兩種至少一種與甲醛、乙醛兩種中至少一種與乙二醇丁醚組成的有機混合溶劑中，加水配成0.01mol/L金屬Pt離子有機溶液，
6、在攪拌條件下，將改性催化劑載體加入金屬Pt離子有機溶液中，用碳酸鈉調節pH值為鹼性，再水浴蒸乾，經100-120oC乾燥後，再高溫焙燒製成改性催化劑載體粉末，
7、在改性催化劑載體粉末中加入其重量5-20%的擬薄水鋁石和其重量0.5-2%的甲基纖維素及適量的水，充分球磨攪拌並調節成固含量為20-30%、pH值為酸性的改性漿料，
8、將上述蜂窩孔陶瓷片浸漬在改性漿料中，取出後吹掃孔道殘餘液，經100-120oC乾燥後，再在200-600℃高溫焙燒，冷卻後將其置於還原爐中，通入體積比為10%氫氣和90%氮氣形成的混合氣體，並加熱至200℃保溫還原，冷卻後得到有機配體改性甲醛淨化催化劑。
本發明在製備淨化分解甲醛整體式催化劑時，一是以氧化鈦催化劑層為載體，再在氧化鈦中加入具有分散作用的La與Cu、Fe、Ni三種中至少一種與Sn、Mn兩種中至少一種進行預混，使混合物能在氧化鈦上形成單層分散，形成強的相互作用，從而提高氧化鈦穩定性；二是通過加入La，提高了活性組分Pt的分散度，從而提高催化層的活性、選擇性；三是製備過程中，引入有機溶劑為改性催化劑，利用有機溶劑與Pt的絡合或者分散作用，改變浸漬液的表面張力，降低催化劑Pt納米粒子的顆粒大小，提高活性中心的分散度，進而提高催化劑的活性，獲得一種室溫高效穩定處理甲烷的催化劑；五是在甲醛氧化分解過程中，單質Pt是活性中心，Cu、Fe、Ni能與活性組分Pt形成合金，減緩活性組分的氧化過程，SnO2和Mn2O3具有活潑的低溫氧化物種，能促進甲醛的分解，提高催化劑層的活性；四是通過加入擬薄水鋁石和甲基纖維素，擬薄水鋁石與硝酸作用形成的鋁溶膠，可以作為漿料的膠黏劑，加強催化劑與陶瓷載體之間的相互作用，提高催化劑漿料的上載量，降低塗層的脫落率，甲基纖維素作為表面活性劑，可以調高漿料的分散性，提高漿料的流動性，便於塗覆上載，同時亦能降低塗層的脫落率。
本發明通過在以氧化鈦為基礎的催化劑層中加入Pt活性組分與起分散和穩定作用的金屬，使蜂窩孔陶瓷片的表面吸附、催化性能大大增強，在充分過濾粉塵、消除異味、殺菌消毒和吸附有害氣體等作用的同時，能完全催化分解甲醛有害氣體，使吸附的有害氣體不會形成二次汙染。再是催化劑層不易脫落和開裂，其使用壽命長。
本發明利用甲醇、乙醇、甲醛、乙醛、乙二醇丁醚能降低浸漬溶液的表面張力，從而改變毛細管作用力，使得進入氧化鈦載體孔道結構中的Pt顆粒更細小，根據納米粒子效應，Pt顆粒越小，暴露的活性中心越多，從而使得催化劑活性更高。同時甲醇、乙醇、甲醛、乙醛、乙二醇丁醚本身具有還原性，使得一部分PtO顆粒在的在焙燒過程中，直接還原成更為高效的Pt單質，而這一部分還原出來的Pt，能更為穩定的存在氧化鈦的孔道結構中。碳酸鈉溶液調節pH為鹼性為了使進入載體孔道結構的Pt沉澱，防止在乾燥過程中，部分Pt隨溶劑揮發溢出。
本發明所述的有機配體改性甲醛淨化催化劑包括蜂窩孔陶瓷片和浸漬塗覆在蜂窩孔表面上並由氧化鈦、活性金屬和起分散、穩定作用的金屬或金氧化物組成的催化層通過高溫焙燒製成。它可以用來製成箱式的空氣淨化器，也可以填充在框體中製成懸掛式淨化器，還可以製成各種袋裝空氣淨化器放置辦公桌上、茶几上、沙發上以及汽車內的某個位置。
用本發明所述催化劑製成的空氣淨化器進行室內空氣淨化，經專業部門多次檢測室內空氣中甲醛含量均在0.08mg/m3以下。
具體實施方式
實施例1
本發明所述有機配體改性甲醛淨化催化劑的製備方法步驟是：
1、先用40-50wt%的氧化鋁（粉）、30-40wt%二氧化矽（粉）及10-30wt%的粘接劑、潤滑劑和熔劑組成的輔料，加適量水經球磨、練泥、成型、烘乾定型和高溫焙燒製成蜂窩孔陶瓷片，蜂窩孔陶瓷片呈圓柱形，直徑為25毫米，高度為12.5毫米，蜂窩孔目數為300目；
2、用氧化鈦原料球磨粉碎成250目的氧化鈦粉料；
3、將總含量為氧化鈦粉料重量5%的La、Cu與Mn的粉末先預混，再加兩倍氧化鈦粉料重量的水混合製成相應的水溶性鹽，La（鑭）、Cu與Mn的重量比為4∶3∶3，
4、在攪拌條件下，在水溶性鹽中加入步驟b的氧化鈦粉料，再用80oC水浴蒸乾，經120oC乾燥12小時後，再在600oC高溫焙燒4小時製成改性催化劑載體，
5、稱取硝酸鉑溶液，其中硝酸鉑溶液中Pt含量為改性催化劑載體重量0.4%，將硝酸鉑溶液加入到由重量比為4∶4∶2的甲醇、乙醛與乙二醇丁醚組成的有機溶混合劑中，加水配成0.01mol/L金屬Pt離子有機溶液，
6、在攪拌條件下，將改性催化劑載體加入金屬Pt離子有機溶液中，用0.1mol/L的碳酸鈉溶液調節pH值為8，再用80oC水浴蒸乾，經120oC乾燥12小時後，再在200-600oC高溫焙燒4小時製成改性催化劑載體粉末，
7、在改性催化劑載體粉末中加入其重量10%的擬薄水鋁石和其重量1%的甲基纖維素和適量的水，充分球磨攪拌並調節成固含量為20-30%、pH值為4的酸性改性漿料，
8、將上述蜂窩孔陶瓷片浸漬在改性漿料中，浸漬5min後取出，吹掃孔道殘餘液，經100-120oC乾燥後，再在200-600℃高溫焙燒4小時，冷卻後將其置於還原爐中，通入體積比為10%氫氣和90%氮氣形成的混合氣體，並加熱至200℃保溫還原，冷卻後得到有機配體改性甲醛淨化催化劑。
所述金屬Pt也可用Pd（鈀）、Rh（銠）或金（Au）代用。所述適量的水表示將其調節為固含量為20-30%、pH值為4.5的酸性改性漿料時所用的水。
實施例2，
所述有機配體改性甲醛淨化催化劑的製備方法步驟是：
1、先用40-50wt%的氧化鋁（粉）、30-40wt%二氧化矽（粉）及10-30wt%的粘接劑、潤滑劑和熔劑組成的輔料，加適量水經球磨、練泥、成型、烘乾定型和高溫焙燒製成蜂窩孔陶瓷片，蜂窩孔陶瓷片呈圓柱形，直徑為25毫米，高度為12.5毫米，蜂窩孔目數為300目；
2、用氧化鈦原料球磨粉碎成250目的氧化鈦粉料；
3、將總含量為氧化鈦粉料重量3-5%的La、Fe與Sn的粉末先預混，再加兩倍氧化鈦粉料重量的水混合製成相應的水溶性鹽，La（鑭）、Fe與Sn的重量比為4∶3∶3，
4、在攪拌條件下，在水溶性鹽中加入步驟b的氧化鈦粉料，再用80oC水浴蒸乾，經120oC乾燥12小時後，再在600oC高溫焙燒4小時製成改性催化劑載體，
5、稱取硝酸鉑溶液，其中硝酸鉑溶液中Pt含量為改性催化劑載體重量0.4%，將硝酸鉑溶液加入到由重量比為5∶3∶3的乙醇、乙、甲醛與乙二醇丁醚組成的有機溶混合劑中，加水配成0.01mol/L金屬Pt離子有機溶液，
6、在攪拌條件下，將改性催化劑載體加入金屬Pt有機溶液中，用0.1mol/L的碳酸鈉溶液調節pH值為8鹼性，再用80oC水浴蒸乾，經120oC乾燥12小時後，再在200-600oC高溫焙燒4小時製成改性催化劑載體粉末，
7、在改性催化劑載體粉末中加入其重量10%的擬薄水鋁石和其重量1%的甲基纖維素和適量的水，充分球磨攪拌並調節成固含量為20-30%、pH值為4的酸性改性漿料，
8、將上述蜂窩孔陶瓷片浸漬在改性漿料中，浸漬5min後取出，吹掃孔道殘餘液，經100-120oC乾燥後，再在200-600℃高溫焙燒4小時，冷卻後將其置於還原爐中，通入體積比為10%氫氣和90%氮氣形成的混合氣體，並加熱至200℃保溫還原，冷卻後得到有機配體改性甲醛淨化催化劑。
所述金屬Pt也可用Pd（鈀）、Rh（銠）或金（Au）代用。所述適量的水表示將其調節為固含量為20-30%、pH值為4.5的酸性改性漿料時所用的水。