CN107999090A - 一种室温氧化甲醛纳米复合催化材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室温氧化甲醛纳米复合催化材料的制备方法。该制备方法将硫酸钠溶液和六水氯化铁溶液混合,水热反应得铁氧化物,将所得铁氧化物分散在水中,再加入贵金属的盐溶液,搅拌40‑60min后,滴加由改性的硼氢化钠溶液进行还原,干燥后得纳米复合催化材料;所述改性硼氢化钠溶液由氢氧化钠溶液和硼氢化钠溶液混合而成。本发明制备的纳米复合催化材料在室温条件下分解甲醛的效率在1h内达到98%,且具有较好的循环活性,有效地解决了目前甲醛催化氧化方法中催化剂由于低导热、高亲水性而导致的循环活性降低且重复利用率低的问题。
Description
技术领域
本发明属于甲醛净化领域,具体涉及一种室温氧化甲醛纳米复合催化材料的制备方法。
背景技术
甲醛作为一种典型的室内空气污染物,主要来源于建筑材料以及室内装饰装修材料,对人体健康有极大危害,因此,解决室内甲醛污染问题迫在眉睫。目前,室内甲醛污染治理方法主要有吸附法、臭氧氧化法、光催化氧化法等。但在众多的甲醛治理技术中,催化氧化法应用最为广泛,该技术可以在室温下将甲醛氧化成无污染的二氧化碳和水,且反应条件要求低,操作简单。Pt系贵金属具有较高的活性和稳定性,在较低的温度下就可以将甲醛转化为二氧化碳和水,当负载在金属氧化物或氢氧化物载体上时,催化活性进一步提高。
近几年来,研究者们应用贵金属负载无机化合物等多种催化剂来研究甲醛净化的性能,如Pt/TiO2,Pd/TiO2,Au/CeO2,Au/SiO2,Pt/Al2O3和Pt/MnOx-CeO2等等,虽然这些催化剂在室温下去除甲醛的效果很好,但却有一个共同的缺点,由于它们具有较低的热导性、较高的亲水性,使反应过程中产生的水分子被重新吸收,吸收的水分子占据了催化剂的反应活性位,导致催化剂的催化活性降低。众所周知,气相反应中存在很多影响反应效率的因素,比如气体的扩散速率、吸附效果、转化和分解速率等等,而研究者们发现分等级结构能显著增强气相反应速率,但是,这种结构仍然不利于气体的扩散分解。因此,寻找一种高效的室温下去除甲醛的催化剂迫在眉睫,这种催化剂应该是具有高比表面积,强稳定性的分等级结构的物质。
铁氧化物以及铁的氢氧化物由于来源广,具有良好的稳定性、磁性等优点而被广泛应用。但是,目前对于铁氧化物的合成及应用的研究并不多。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种室温氧化甲醛纳米复合催化材料的制备方法,该制备方法室温降解甲醛,高效且耐候性高。
一种室温氧化甲醛纳米复合催化材料的制备方法,将硫酸钠溶液和六水氯化铁溶液混合,水热反应得铁氧化物,将所得铁氧化物分散在水中,再加入贵金属的盐溶液,搅拌40-60min后,滴加由氢氧化钠溶液和硼氢化钠溶液混合而成的溶液进行还原,干燥后得纳米复合催化材料。
上述室温氧化甲醛纳米复合催化材料的制备方法,包括以下步骤:步骤1,将硫酸钠溶液加入到六水氯化铁溶液中,形成均匀溶液后,再加入去离子水搅拌均匀后转移至聚四氟乙烯高压釜内密封,水热反应后干燥,得铁氧化物;步骤2,将铁氧化物分散在去离子水中,加入贵金属的盐溶液,搅拌均匀后,滴加滴加改性硼氢化钠溶液进行还原,干燥后得纳米复合催化材料;所述改性硼氢化钠溶液由氢氧化钠溶液和硼氢化钠溶液混合而成。
作为改进的是,所述硫酸钠和六水氯化铁的摩尔比为0.25-4:1。
进一步改进的是,所述硫酸钠和六水氯化铁的摩尔比0.5-2:1。
作为改进的是,所述贵金属为铂。
进一步改进的是,所述铂的含量为纳米复合催化剂的0.1-1wt%。
作为改进的是,所述水热反应的温度为120-160℃,反应时间为14-16h。
作为改进的是,所述改性硼氢化钠溶液的浓度为0.1mol/L。
作为改进的是,所述氢氧化钠溶液和硼氢化钠溶液的摩尔比为5:1。
有益效果:
本发明通过水热反应制备出铁氧化物,其分等级结构极大地增大了表面积,有利于甲醛气体的扩散及贵金属Pt的负载。采用NaOH改性的方法,不仅为NaBH4还原贵金属Pt提供了稳定的环境,同时提供更多的表面羟基,有利于甲醛的催化氧化。另外,铁氧化物由于其独特的磁性能够使材料得以回收重复利用。
所以本发明制备的纳米复合催化材料在室温条件下分解甲醛的效率在1h内达到98%,且具有较好的循环活性,有效地解决了目前甲醛催化氧化方法中催化剂由于低导热、高亲水性而导致的循环活性降低且重复利用率低的问题。以铁氧化物为载体,贵金属为活性中心的纳米复合催化材料为室温下空气净化领域开辟了新的视角。
附图说明
图1为本发明实施例1纳米复合催化材料的SEM图;
图2为本发明实施例3的纳米复合催化材料催化分解甲醛的效率;
图3为本发明实施例3的纳米复合催化材料的重复利用情况。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍。
实施例1
将30mL浓度为0.1mol/L的Na2SO4溶液加入到6mL浓度为0.5mol/L的FeCl3·6H2O溶液中,形成均匀溶液后,加入24mL的去离子水,室温下搅拌30min。最后将均匀的混合溶液转移到聚四氟乙烯高压釜内密封,在140℃的条件下保温16h。反应完成后,用去离子水和无水乙醇将样品各清洗3次,最后在80℃的干燥箱内干燥12h。将1g上述制备的铁氧化物分散在10mL去离子水中,加入0.134mL浓度为0.077mol/L的氯铂酸溶液,磁力搅拌60min之后,快速加入0.64mL改性NaBH4溶液,所述改性NaBH4溶液由氢氧化和硼氢化钠按照摩尔比为5:1混合而成,磁力搅拌30min,最后将混合液在80℃的干燥箱内干燥12h,贵金属负载的铁氧化物纳米复合材料催化材料。
实施例2
将30mL浓度为0.1mol/L的Na2SO4溶液加入到6mL浓度为0.5mol/L的FeCl3·6H2O溶液中,形成均匀溶液后,加入24mL的去离子水,室温下搅拌30min。最后将均匀的混合溶液转移到聚四氟乙烯高压釜内密封,在140℃的条件下保温16h。反应完成后,用去离子水和无水乙醇将样品各清洗3次,最后在80℃的干燥箱内干燥12h。将1g上述制备的铁氧化物分散在10mL去离子水中,加入0.67mL浓度为0.077mol/L的氯铂酸溶液,磁力搅拌60min之后,快速加入0.32mL改性NaBH4溶液,所述改性NaBH4溶液由氢氧化和硼氢化钠按照摩尔比为5∶1混合而成,磁力搅拌30min,最后将混合液在80℃的干燥箱内干燥12h,贵金属负载的铁氧化物纳米复合材料催化材料。
实施例3
将30mL浓度为0.1mol/L的Na2SO4溶液加入到6mL浓度为0.5mol/L的FeCl3·6H2O溶液中,形成均匀溶液后,加入24mL的去离子水,室温下搅拌30min。最后将均匀的混合溶液转移到聚四氟乙烯高压釜内密封,在140℃的条件下保温16h。反应完成后,用去离子水和无水乙醇将样品各清洗3次,最后在80℃的干燥箱内干燥12h。将1g上述制备的铁氧化物分散在10mL去离子水中,加入1.34mL浓度为0.077mol/L的氯铂酸溶液,磁力搅拌60min之后,快速加入0.64mL改性NaBH4溶液,所述改性NaBH4溶液由氢氧化和硼氢化钠按照摩尔比为5∶1混合而成,磁力搅拌30min,最后将混合液在80℃的干燥箱内干燥12h,贵金属负载的铁氧化物纳米复合材料催化材料。
将实施例1-3制备的室温氧化甲醛纳米复合催化材料,在室温下,置于甲醛浓度为0.8-3ppm的环境中进行催化氧化反应,结果如下表所示。
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
甲醛分解率(%) | 94 | 97 | 99 |
实施例4
取实施例3的纳米复合催化材料进行重复性试验,结果图3所示。从图中可以看出,本发明纳米复合催化材料采用常用的方法处理后,催化能力仍然很高。
另外,本发明不限于上述实施方式,只要在不超出本发明的范围内,可以采取各种方式实施本发明。
Claims (9)
1.一种室温氧化甲醛纳米复合催化材料的制备方法,其特征在于,将硫酸钠溶液和六水氯化铁溶液混合,水热反应得铁氧化物,将所得铁氧化物分散在水中,再加入贵金属的盐溶液,搅拌40-60min后,滴加由改性硼氢化钠溶液进行还原,干燥后得纳米复合催化材料;所述改性硼氢化钠溶液由氢氧化钠溶液和硼氢化钠溶液混合而成。
2.根据权利要求1所述的室温氧化甲醛纳米复合催化材料的制备方法,其特征在于,步骤1,将硫酸钠溶液加入到六水氯化铁溶液中,形成均匀溶液后,再加入去离子水搅拌均匀后转移至聚四氟乙烯高压釜内密封,水热反应后干燥,得铁氧化物;步骤2,将铁氧化物分散在去离子水中,加入贵金属的盐溶液,搅拌均匀后滴加改性硼氢化钠溶液进行还原,干燥后得纳米复合催化材料;所述改性硼氢化钠溶液由氢氧化钠溶液和硼氢化钠溶液混合而成。
3.根据权利要求1所述的室温氧化甲醛纳米复合催化材料的制备方法,其特征在于,所述硫酸钠和六水氯化铁的摩尔比为0.25-4:1。
4.根据权利要求3所述的室温氧化甲醛纳米复合催化材料的制备方法,其特征在于,所述硫酸钠和六水氯化铁的摩尔比0.5-2:1。
5.根据权利要求1所述的室温氧化甲醛纳米复合催化材料的制备方法,其特征在于,所述贵金属为铂。
6.根据权利要求5所述的室温氧化甲醛纳米复合催化材料的制备方法,其特征在于,所述铂的含量为纳米复合催化剂的0.1-1wt%。
7.根据权利要求1所述的室温氧化甲醛纳米复合催化材料的制备方法,其特征在于,所述水热反应的温度为120-160℃,反应时间为14-16h。
8.根据权利要求1所述的室温氧化甲醛纳米复合催化材料的制备方法,其特征在于,所述改性硼氢化钠溶液的浓度为0.1mol/L。
9.根据权利要求1所述的室温氧化甲醛纳米复合催化材料的制备方法,其特征在于,所述氢氧化钠溶液和硼氢化钠溶液的摩尔比为5:1。
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