CN101898149A - 一种具有吸附-低温催化双功能的负载型纳米金属银催化剂、制备方法及其应用 - Google Patents

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陈丹
李新勇
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Abstract

本发明涉及一种具有吸附-低温催化双功能的负载型纳米金属银催化剂、制备方法及其应用。该催化剂以高比表面积纳米材料为载体，利用简单易行的等体积浸渍法制备这种纳米金属银负载型催化剂。该催化剂的特征还在于在室温条件下可以有效吸附大量的甲醛，并通过低温催化氧化技术可以将吸附的污染物转化为无害的CO2和H2O，无其他副产物，无二次污染，是一种高效、节能催化剂。同时本催化剂成本低，其催化活性高于锰、钴氧化物或稀土复合氧化物的催化剂。与铂、铑、钯等贵金属催化剂相比其价格低、资源相对丰富，该催化剂的生产方法简单、成本低，因此有很好的应用价值及应用前景。

Description

一种具有吸附-低温催化双功能的负载型纳米金属银催化剂、制备方法及其应用
技术领域
本发明属于大气污染治理技术领域，涉及一种催化剂制备方法，特别涉及到一种具有吸附-低温催化双功能的负载型纳米金属银催化剂、制备方法及其应用。
背景技术
甲醛作为一种高毒性的物质，短期接触会刺激眼睛、鼻腔和呼吸道而引起过敏反应，长期接触会增加患癌的可能性，为此，甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质。中国室内装饰协会报道我国每年由室内空气污染引起的死亡人数已达11.1万，也就是说不到五分钟就有一个生命消失。为此中国颁布《室内空气质量标准》(GB/T18883-2002)规定室内空气中甲醛卫生标准(最高允许浓度)为0.08mg/m3，室温下约为0.06ppm。
现有消除有毒气体的技术多为吸附法(CNPatent：1405560，2003；1386578，2002；USPatent：6596909，2003；JPPatent：2004089963-A，2004；2004097374-A，2004)，使用强吸附性材料吸附大气污染物。常用多孔碳材料、新型活性碳以及分子筛、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，但吸附剂需要定期更换。等离子体催化技术虽然在常温常压下运行，但是会产生臭氧，氮氧化物等有害副产物，且等离子体的设备昂贵。而光催化技术(CN-Patent：1394674，2003)通常需要利用能量较高的紫外光，而自然光中紫外光成分较低，采用紫外光照明不仅成本高，对普通室内环境也缺乏可行性；因此，亟需开发简便易行在温和条件下消除有害气体的新型技术来有效保护人体健康。
发明内容
本发明利用催化氧化在一定条件下能将甲醛分解为无毒无害的二氧化碳和水的特性，提供了一种具有吸附-低温催化双功能的负载型纳米金属银催化剂、制备方法及其应用。
本发明的技术方案如下：
本发明的纳米金属银负载型催化剂的载体可以是MCM-41、SBA-15、NaY、SiO2、Al2O3、TiO2等纳米材料中至少一种，活性组分是纳米金属银。
上述的纳米金属银负载型催化剂由等体积浸渍法制得，具体步骤如下：
(1)测量不同载体的等体积的水吸附体积。所述的载体可以是纳米材料，纳米材料可以是MCM-41、SBA-15、NaY、SiO2、Al2O3、TiO2中至少一种。
(2)按照金属负载量称取相应硝酸银溶解于载体单位吸水量的水中。充分搅拌，完全溶解。所述的负载型纳米金属银催化剂的金属银负载量，金属元素重量百分比为1-16％。
(3)将所需载体量搅拌、溶解在上述(2)得到原液中，静置10-30min后继续搅拌得到样品。
(4)将上述(3)得到的样品放在室温下干燥，过夜。
(5)将上述(4)得到的样品放在烘箱中60-100℃中保持12-24h。
(6)将上述(5)得到的样品放在500-800℃下煅烧，可以在马弗炉进行，保持2-5h。
上述纳米金属银负载型催化剂的制备在避光的条件下进行。
前述的催化剂，可根据不同的需要制成各种结构、形状，如可将催化剂制成球状或板状使用等等。
本发明利用选用的纳米材料制得的催化剂，其结构稳定，独特的孔结构等特性，在常温下能够作为一种有效的甲醛吸附剂材料，达到常温条件下对甲醛的消除，同时利用负载型纳米金属银催化剂在适当温度下(30-100℃)通过催化燃烧的条件将甲醛转化为无害的二氧化碳和水。
本发明的有益效果是采用本发明的催化剂原料价廉易得，制备方法简单，并且可以有效的清除空气中的有机挥发性污染物-甲醛。本发明的催化剂在室温条件下可以有效吸附大量的甲醛，并通过低温催化氧化技术可以将吸附的污染物转化为无害的CO2和H2O，无其他副产物，无二次污染。催化剂使用温度为30-100℃，是节能催化剂。同时本催化剂其催化活性高于锰、钴氧化物或稀土复合氧化物的催化剂。与铂、铑、钯等贵金属催化剂相比其价格低、资源相对丰富，并且该催化剂的生产方法简单、成本低，因此可行度高。
附图说明
附图是不同纳米金属银负载型催化剂对甲醛的程序升温脱附曲线对比图。
图中：横坐标是温度(℃)，纵坐标是甲醛脱附浓度相对强度；
1MCM-41；2SBA-15；3Al2O3；4SiO2；5TiO2；6NaY。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图说明详细叙述本发明的具体实施例。
实施例1
高比表面积纳米材料MCM-41负载金属银的制备：将0.0158g硝酸银加入4.5ml去离子水中，搅拌使其充分溶解。1gMCM-41边搅拌边加入到上述硝酸银溶液中，继续搅拌。停10min后继续搅拌。样品室温干燥过夜后60℃烘干处理12h，得到1wt.％Ag/MCM-41样品。将烘干后的催化剂过筛为20-40目大小颗粒备用。
催化剂的活性评价在直管式固定床连续流动微分反应器中进行，反应器为内径8mm的直石英反应管，催化剂装填量为200-500mg，甲醛气体由甲醛气体发生器产生。气体体积组成：氧气：10-20％，氩气：80-90％，甲醛控制浓度为100-500ppm，反应空速为20000-50000/h。对于高于GB/T18883-2002甲醛浓度500倍以上本催化剂能在2小时以内吸附完全，反应20min后产物气体中的甲醛经配有FID检测器的GC-7890II气相色谱仪在线分析。在100℃以下甲醛转化率约为90％以上。经净化后浓度符合国家标准。
实施例2
按照实施例1的本发明制备方法，对于高比表面积纳米材料MCM-41载体可以用SBA-15，NaY，SiO2，Al2O3，TiO2来代替，得到含1wt.％银的样品。
对于高于GB/T18883-2002标准500倍以上的甲醛浓度，本催化剂能在室温下2小时以内吸附完全。反应20min后产物气体中的甲醛经配有FID检测器的GC-7890II气相色谱仪在线分析。在100℃以下甲醛转化率约为80％以上。经净化后浓度符合国家标准。
实施例3
按照实施例1的本发明制备方法，负载型纳米金属银催化剂的制备还可将0.0158g硝酸银加入4.5ml去离子水中，搅拌使其充分溶解。1g载体如MCM-41边搅拌边加入到上述硝酸银溶液中，停30min后继续搅拌。样品室温干燥过夜后100℃烘干处理24h，得到1wt.％Ag/MCM-41样品。将烘干后的催化剂过筛为20-40目大小颗粒备用。
催化剂的活性评价在直管式固定床连续流动微分反应器中进行，反应器为内径8mm的直石英反应管，催化剂装填量为200mg，甲醛气体由甲醛气体发生器产生。气体体积组成：氧气：10-20％，氩气：80-90％，甲醛控制浓度为100-500ppm，反应空速为20000-50000/h。对于高于GB/T18883-2002甲醛浓度500倍以上本催化剂能在2小时以内吸附完全，反应20min后产物气体中的甲醛经配有FID检测器的GC-7890II气相色谱仪在线分析。在100℃以下甲醛转化率约为85％以上。经净化后浓度符合国家标准。
表1不同载体的孔结构性能图
Figure BDA0000023955000000051

Claims (4)

1.一种具有吸附-低温催化双功能的负载型纳米金属银催化剂，其特征在于，纳米金属银负载型催化剂的载体是MCM-41、SBA-15、NaY、SiO2、A12O3、TiO2中至少一种，活性组分是纳米金属银；
2.权利要求1所述的负载型纳米金属银催化剂制备方法，其特征在于如下步骤，
(1)测量不同载体的等体积的水吸附体积；
(2)按照金属负载量称取相应硝酸银溶解于载体单位吸水量的水中；充分搅拌，完全溶解；所述的负载型纳米金属银催化剂的金属银负载量，金属元素重量百分比为1-16％；
(3)将所需载体量搅拌、溶解在上述(2)得到原液中，静置10-30min后继续搅拌得到样品；
(4)将上述(3)得到的样品放在室温下干燥，过夜；
(5)将上述(4)得到的样品放在烘箱中60-100℃中保持12-24h；
(6)将上述(5)得到的样品放在500-800℃下煅烧，保持2-5h；
上述纳米金属银负载型催化剂的制备在避光的条件下进行。
3.根据权利要求1所述负载型纳米金属银催化剂的应用，其特征在于，所述的催化剂在常温下能够作为一种有效的甲醛吸附剂材料。
4.根据权利要求1所述负载型纳米金属银催化剂的应用，其特征在于，所述的催化剂在30-100℃下能将甲醛催化氧化为无害的二氧化碳和水。
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