CN111514883A - 一种室内空气净化的碳基催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室温分解室内甲醛的碳基催化剂及其制备方法，以成型活性炭为载体，利用等体积浸渍负载催化组分，高温煅烧后，获得甲醛消除催化剂。本发明的碳基催化剂在室温下便可高效地净化甲醛，所制备的含二氧化钛催化剂同时具有光催化和催化氧化消除甲醛的性能，结合了活性炭的吸附作用、锰氧化物的氧化作用、以及二氧化钛的光催化作用，提高了甲醛的净化效率。且制备工艺不使用贵金属，具有高效、环保的特点，同时使用成型活性炭净化甲醛，便于回收利用，无二次污染。
Description
技术领域
本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种室内空气净化的碳基催化剂的制备方法
背景技术
随着生活方式的现代化，在室内的时间占大多数，室内空气质量对人体健康的影响越来越受到人们的关注。随着居民生活水平的提高以及建筑的快速发展，室内装饰、家具、家电和设备要求越来越高，室内甲醛污染对人类的危害也越来越大。目前，我国建筑装饰剂制造商每年可消耗上百万吨甲醛，对人体健康造成严重影响，例如短期接触会导致眼睛和呼吸过敏的风险，长期接触，甚至会增加患癌症的风险。因此，甲醛的有效去除对于改善室内空气质量具有重要意义。
专利CN105013322A公开一种锰氧化物催化剂用于催化氧化甲醛的用途，所述锰氧化物为γ或/和δ晶型的二氧化锰。催化反应前后其晶型保持稳定，另一方面催化转化率在长时间活性测试中保持不变。然而，50℃下的转化率只能达到37％，80℃下才可以完全转化，所需温度较高，不易工业化。
对于室内甲醛的去除，现有的制备的催化剂具有较高的催化效率，但是制备过程负载贵金属、反应温度要求较高、或添加大量有机试剂等使得催化剂制备成本增加，反应工艺复杂化，甚至产生污染。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述的技术缺陷，提出了本发明。
因此，作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种分解室内甲醛的碳基催化剂及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
(1)以活性炭为载体，通过等体积浸渍锰氧化物的前驱体和高温煅烧，制得MnOx/AC催化剂。
(2)以活性炭为载体，通过等体积浸渍二氧化钛的前驱体和高温煅烧，制得TiO2/AC，进一步通过等体积浸渍或共沉淀法，制得MnOx-TiO2/AC催化剂。
本发明的有益效果：
(1)本发明使用的成型活性炭不但具有较高的堆积密度和强度，便于贮藏和运输；而且在反应中更加稳定，也利于反应后的处理，是一种优良的载体。
(2)本发明没有使用贵金属，锰氧化物的前驱体价格低廉，成本较低；
(3)本发明的催化剂制备工艺简单，没有多种化学试剂，不会产生废液，和二次污染，具有绿色环保的优点；
(4)负载型催化剂可以高效地进行甲醛净化，并且该催化剂可以回收，实现催化剂的循环利用；
(5)以活性炭作为载体，在其表面负载锰氧化物及二氧化钛，活性炭可以起到承载活性组分和吸附反应物的双重作用。同时结合吸附、氧化作用使得净化效率提高；
(6)此催化剂在室温下便可以净化甲醛，有利于大规模推广。
本发明公开了一种分解室内甲醛的碳基催化剂及其制备方法，以活性炭为载体，在活性炭上负载氧化物对其进行改性，制备了MnOx/AC催化剂和MnOx-TiO2/AC催化剂，其中MnOx-TiO2/AC催化剂可进行光催化的研究。本发明结合了活性炭的吸附作用，锰氧化物的氧化作用，以及二氧化钛的光催化作用，通过三者的协同效应，大大提高了甲醛的净化效率。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1：
取1.336mL 50％Mn(NO3)2溶液加入去离子水中，震荡摇匀，再称取5g的活性炭，将活性炭置于Mn(NO3)2溶液中摇床震荡，静置后，将其在烘箱内80℃过夜干燥，得到样品。将所得样品在N2保护下300℃煅烧，获得质量分数为6.4％MnOx/AC催化剂。室温下，取1g催化剂在室温条件下使用甲醛检测仪进行甲醛净化能力的测试，测得催化剂甲醛净化率为96.7％。
在甲醛模拟封闭箱中进行测试研究中，采用的是智能大气采样器对密闭箱内空气进行采样，采用国标酚试剂法利用甲醛检测仪来检测空气中的甲醛浓度。
实施例2：
参照实施例1中的步骤及方法，依据表1调整实验原料、配比等，制备催化剂，并在室温下对其效果进行检测。
表1 MnOx/AC催化剂制备案例
实施例2中序号1-8所制备的催化剂MnOx/AC通过MnOx的催化氧化作用及活性炭的吸附作用净化甲醛，由序号1-3可知，以Mn(NO3)2溶液作为前驱体，质量分数越大，净化效率越好，质量分数为6.4％时净化效率最好。同时，由3-5可知，催化剂所用质量为1g时净化效率较好。由6-8可知，以Mn(CH3COO)2作为前驱体，质量分数越小，净化效率越好，质量分数为1.6％时净化效率最好。
实施例3：
步骤1)：将1g硫酸氧钛加入水中，连续搅拌后得到溶液或悬浮液；缓慢地将氨水滴入溶液中，调节pH至9以上。所得到的悬浮液连续搅拌，过滤，洗涤；称取上述所得滤饼，溶于水中，浸渍6g干燥后的成型活性炭120℃干燥，80℃烘箱干燥过夜，在N2保护下400℃煅烧，制成5％Ti负载的TiO2/AC。
步骤2)：取0.67mL 50％Mn(NO3)2溶液，加入水，浸渍上述所制得的5％TiO2/AC震荡，再次以300℃高温煅烧，得到3.2％Mn负载的MnOx-TiO2/AC催化剂。
室温下，取1g催化剂在室温条件下使用甲醛检测仪进行甲醛净化能力的测试，测得该催化剂甲醛净化率为86.2％；取1g催化剂在光照条件下使用甲醛检测仪进行甲醛净化能力的测试，测得该催化剂甲醛净化率为92.2％。
在室温条件下，所制备的催化剂MnOx-TiO2/AC甲醛净化效率达到为86.2％，虽然其净化效率低于MnOx/AC催化剂，原因是不仅负载了MnOx，还负载了TiO2，可能会一定程度上堵住活性炭的孔隙，从而使活性炭的吸附作用稍有降低。但在光照条件下，所制备的催化剂MnOx-TiO2/AC甲醛净化效率达到92.2％，由此可见，该催化剂具有光催化作用。在光催化反应中，光催化剂本身不发生变化只是在反应中提供一个氧化分解的场所，所以安全无毒，且不会产生二次污染，同时还具有杀菌、除臭、防霉、防污自洁和净化空气等效果，具有全面性。
实施例4：
将1g硫酸氧钛加入水中，连续搅拌后得到溶液或悬浮液；缓慢地将氨水滴入溶液中，调节pH至9以上。所得到的悬浮液连续搅拌，过滤，洗涤，取所得滤饼加入水搅拌溶解；再加入0.67mL 50％Mn(NO3)2溶液，将活性炭置于上述溶液中摇床震荡，静置后，将其在烘箱内80℃过夜干燥，得到样品。将所得样品在N2保护下400℃煅烧，获得质量分数为3.2％Mn、5％Ti负载的MnOx-TiO2/AC催化剂。
取1g催化剂在室温条件下使用甲醛检测仪进行甲醛净化能力的测试，测得催化剂甲醛净化率为79.5％；取1g催化剂在光照条件下使用甲醛检测仪进行甲醛净化能力的测试，测得该催化剂甲醛净化率为87.6％。
实施例5：
步骤1)：将1g偏钛酸加入水中，连续搅拌后得到溶液或悬浮液；缓慢地将氨水滴入溶液中，调节pH至9以上。所得到的悬浮液连续搅拌，过滤，洗涤；称取上述所得滤饼，溶于水中，浸渍6g干燥后的成型活性炭120℃干燥，80℃烘箱干燥过夜，在N2保护下400℃煅烧，制成5％Ti负载的TiO2/AC。
步骤2)：取0.67mL 50％Mn(NO3)2溶液，加入水，浸渍上述所制得的10％TiO2/AC震荡，再次以300℃高温煅烧，得到3.2％Mn负载的MnOx-TiO2/AC催化剂。
取1g催化剂在室温条件下使用甲醛检测仪进行甲醛净化能力的测试，测得该催化剂甲醛净化率为81.7％；取1g催化剂在光照条件下使用甲醛检测仪进行甲醛净化能力的测试，测得该催化剂甲醛净化率为90.4％。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种室内空气净化的碳基催化剂的制备方法，其特征包括如下工艺步骤：
以活性炭为载体，将一定量MnOx、TiO2的前驱体等体积浸渍至活性炭上，然后高温煅烧，制得净化甲醛的催化剂，对该催化剂进行性能测试。
2.如权利要求1所述的室内空气净化的碳基催化剂，其特征在于：锰氧化物的前驱体为乙酸锰、硝酸锰。
3.如权利要求1所述的室内空气净化的碳基催化剂，其特征在于：活性炭为球形活性炭、柱形活性炭、蜂窝状活性炭。
4.如权利要求1所述的室内空气净化的碳基催化剂，其特征在于：二氧化钛的前驱体为硫酸氧钛，偏钛酸。
5.如权利要求3所述的室内空气净化的碳基催化剂，其特征在于：MnOx负载量为0.5％-50％。
6.如权利要求1～5任一所述的室内空气净化的碳基催化剂，其特征在于：所述的TiO2负载量为0.5％-50％。
7.如权利要求1所述的室内空气净化的碳基催化剂，其特征在于：所述的高温煅烧为50℃-600℃，优选为300℃-400℃。
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2019
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