专利名称：一种用于室内空气净化的催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明是一种可用于室内空气净化的催化剂及其制备方法。
背景技术：
随着经济的发展和社会的进步，人们的活动更多地集中在室内， 对室内空气质量地要求也越来越高。由于室内装修以及室内用品采 用含大量甲醛的装饰材料，导致近年来室内空气污染加重。随着人 们生活水平和居住条件的不断改善，健康、舒适的室内环境将成为 必然的追求。
我国目前实际应用于室内空气净化器基本上是单独或部分采用 机械过滤、活性碳吸附和空气负离子发生器等方法或者是以上几种方 法相结合使用。简单吸附型净化器可以将污染物有效除去，获得洁净 的空气，但是需要经常更换吸附剂，更换掉的吸附剂对环境将产生污 染；负离子发生器虽然可以清新空气，然而对于空气中的甲醛，苯等 有机污染物的消除效果并不明显，这是现有技术的缺陷。[1](参 见《室内空气净化装置研究》，洁净与空调技术CC&AC 2007年第3 期)。
发明内容
为了解决已有技术存在的问题，本发明提出了一种用于室内空气 净化的催化剂及其制备方法。所述的一种用于室内空气净化的催化剂，是用于一种新的室内空 气净化装置的催化剂。
1) 本发明提供的一种可用于室内空气净化的催化剂，其组成成
分及配比为Pt负载于AW)3或Ti02和A1A的复合载体上，其中， TiO" A1A摩尔配比为为0-2.5，助剂为Mn02、 FeA、 CoO、 NiO、 CuO、 、05、 Mo03、 W03中的一种或几种；
所述的催化剂中，贵金属Pt的含量以载体质量计为0.1-2%，助 剂的含量以载体质量计为0. 1-5%。
所述的活性组分Pt，及MrA、 Fe203、 CoO、 NiO、 CuO、 V205、 Mo03 和W03中的一种或几种。
本发明提供的一种可用于室内空气净化的催化剂的制备方法的 步骤和条件如下
1)所述的二氧化钛和氧化铝复合载体的的制备 按配比，将二氧化钛和三氧化二铝混合，加水球磨，球磨时间为 4 10小时，取出烘干，焙烧，得到粉状载体；所述的烘干温度为110 。C，焙烧温度为300 600°C;
2) 所述的活性组分制备
将上述活性组分的金属盐按给出的配比配制成水溶液，然后浸渍 于载体上；然后烘干，焙烧。烘干温度为110°C，焙烧温度为300 600°C。 Pt盐为氯柏酸、二亚硝基二氨铂、硝酸铂；助剂的金属盐为 相应的金属氧化物的硝酸盐；为了提高的分散度，浸渍液中加入柠檬 酸，柠檬酸的量为活性组分金属离子摩尔数的0.5-1.5倍。2)所使用的一种室内空气净化装置的构成如下
见图1，本发明所使用的一种室内空气净化装置包括机壳1、控 制系统k、引风系统y、吸附系统x和催化燃烧系统c;
所述的催化燃烧系统c固定连接于机壳1的上部，吸附系统X置
于机壳1的内部并通过金属框固定在机壳1上，控制系统k和引风系
统y均置于机壳1的外部;控制系统k通过控制线与催化燃烧系统c、 吸附系统x和引风系统y电连接；引风系统y通过管道与机壳l的进 气口 4、 5连接；
所述的机壳1有进气风口 4、进气口 5和气流通道14;进气口 4 与大风机2连接，进气口5与小风机3连接，在进气口4与5之间装 有一可转动的挡板6，该挡板6以轴60在水平方向与向上垂直方向 90度可以来回转动，大风机2不启动时，挡板6处于水平位置，迸 气口4关闭；大风机2启动时，挡板6被吹起旋转至垂直方向使进气 口4打开，同时使进气口5关闭；小风机3启动时，挡板6被吹落至 水平位置使进气口4关闭，进气口5打开；大风机2采用大风量低噪 音离心风机，优选其风量为100m3/h-1000m3/h，小风机3采用低噪音 高转速轴流风机，优选其风量为10m3/h-100m3/h，小风机的风量为 不超过大风机风量的1/10;
所述的控制系统k由电源、时间继电器、温度控制器、温度传感 器构成；所述的电源分别与时间继电器、温度控制器相连接；
所述的时间继电器与大风机2和小风机3连接，由时间继电器控 制其工作时间；时间继电器还与温度控制器相连接，对温度控制器进行控制；
所述的一个温度传感器置于吸附系统的吸附床单元之间的位置
13并且与温度控制器相连接，另一温度传感器置于蜂窝陶瓷10的孔 道ll内并且与温度控制器相连接；温度控制器内部带有智能计算控 制程序，预先设定时间继电器工作时间范围、分别加热带15和加热 板8温度的范围；当传感器反馈回温度控制器的温度达到设定温度 时，加热装置保持此设定温度；
控制系统k的温度控制器内部带有智能计算循环控制空气净化 程序执行如下步骤
每一个空气净化循环从大风机(2)工作开始，每一个循环从大 风机2工作开始，大风机2将室内空气引入吸附系统x把有害物质吸 附富集空气被净化，净化空气通过催化燃烧系统c的孔道11流回室 内；
大风机按设定的工作时间运行后，时间继电器指令小风机2开始 工作，挡板6把进气口4关闭；
温度控制器指令把加热带15和加热板8同时加热，加热带15的 加热速率为25°C/min，加热带15设定温度为250-350°C;加热板8 的加热速率为20°C/min，加热板8设定温度为160-260°C;加热温度 达到设定的工作温度后，吸附系统x使外吸附层7、 9吸附的有害物 质脱附出来；
时间继电器指令小风机2按设定的工作时间运行后，催化燃烧系 统c由小风机3将吸附系统x中脱附出来的高浓度污染物气体通过催化燃烧系统C的蜂窝陶瓷10的催化剂， 一氧化碳、苯、甲苯、二甲 苯、甲醛和乙酸乙酯等污染物经过催化剂的作用完全转化为二氧化碳 和水回到室内，完成一个空气净化循环；或重复进行多个空气净化循 环，达到室内空气净化。
所述的吸附系统X由多个吸附床单元组成(见图2)， 一个吸附
床单元由两个外吸附层7和9及1个加热板8构成，其中，吸附外层 7和9的材料为活性炭毡，加热板8是由内部带电阻丝的云母板构成， 吸附层与云母板胶结，每一个单元之间留有空隙，吸附床单元的活性 炭毡的质量根据室内空间的大小设定，标准为每立方米空间使用5-10 克的活性炭毡；
吸附床单元被等距离的固定在带有凹槽31的金属框架20中，金 属框架20和机壳l固定；
所述的催化燃烧系统c (见图3、 4)位于吸附系统的上方的出 气口处，该催化燃烧系统为一圆柱形蜂窝陶瓷10，陶瓷外壁均匀环 绕电阻丝17，最外层为圆形石棉套16，其中圆形石棉套16和电阻丝 17 —起被称为加热套15;蜂窝陶瓷10内表面上涂覆有催化剂；催化 剂的涂覆量为每升陶瓷涂20-100克催化剂，所用陶瓷的体积与所需 净化的空间体积关系为每立方米空间用陶瓷2-10ml; 2)所用的催化剂组成成分及配和制备方法如上所述； 使用本发明提供的催化剂的净化装置使用方法和步骤如下
接通电源，控制系统k的温度控制器内部带有智能计算循环控制
程序执行如下步骤在控制系统k的指令下，每一个循环从大风机(2)工作开始， 大风机2将室内空气引入吸附系统X把有害物质吸附富集空气被净 化，净化空气通过催化燃烧系统C的孔道11流回室内；
大风机按设定的工作时间运行后，时间继电器指令小风机2开始
工作，挡板6把进气口4关闭；
温度控制器指令把加热带15和加热板8同时加热，加热带15的 加热速率为25°C/min，加热带15设定温度为250-350°C;加热板8 的加热速率为20°C/min，加热板8设定温度为160-260°C;加热温度 达到设定的工作温度后，吸附系统x使外吸附层7、 9吸附的有害物 质脱附出来；
时间继电器指令小风机2按设定的工作时间运行后，催化燃烧系 统c由小风机3将吸附系统x中脱附出来的高浓度污染物气体通过催 化燃烧系统c的蜂窝陶瓷10的催化剂， 一氧化碳、苯、甲苯、二甲 苯、甲醛和乙酸乙酯等污染物经过催化剂的作用完全转化为二氧化碳 和水回到室内，完成一个空气净化循环；或重复进行多个空气净化循 环，达到室内空气净化；
有益效果本发明的一种可用于室内空气净化的催化剂及其制备 方法。该催化剂用于一种新的室内空气净化装置。该装置突破了传统 的采用更换吸附剂的方式净化室内空气的模式，将吸附系统和催化燃 烧系统有机结合在一起，将有害物质转化为无害的C02和H20，形成有 效的空气净化系统。催化燃烧系统使用的本发明提供的催化剂的成分 及配比科学，催化剂活性好，催化效率高，制备方法简单，使用方便；吸附剂通过加热的方式实现原位再生，循环使用。它与传统的吸附法
相比，不需要更换吸附剂，操作成本低。在一个甲醛浓度为1.4mg/m3 的50 m3的房间运行使用本发明的催化剂的净化室内空气装置24小 时后，用酚试剂法检测甲醛浓度为0.06mg/m3。低于中国室内空气污 染物容许浓度标准(GB18883-2002)中所规定的0. 10mg/m3。
图1为一种室内空气净化装置的构成示意图。
图2为一种室内空气净化装置的吸附系统x的构成示意图。
图3为一种室内空气净化装置的催化燃烧系统c的构成的示意图。
具体实施例方式
实施例1
称取25克氧化铝，20克氧化钛，100克水，球磨10小时，取出， ll(TC烘干，50(TC焙烧5小时，研磨成粉状，得到氧化钛和氧化铝
的复合氧化物载体。
依次称取硝酸铁5.2克，硝酸钴2.3克，柠檬酸2克；按铂质量 0. 225克计，取硝酸铂溶液10ml，配成50ml水溶液，浸渍于上述载 体，ll(TC烘干，500。C焙烧2小时。
上述催化剂对含100ppm苯、20卯m的甲醛混合空气，体积空速 为20000h—t条件下，完全转化为C02和仏0.在18(TC甲醛的转化率为 99%,在25(TC苯的转化率为98%。 实施例2称取45克氧化铝，100克水，球磨10小时，取出，ll(TC烘干， 50(TC焙烧5小时，研磨成粉状，得到氧化铝载体。
称取硝酸铁5. 2克，硝酸钴2. 3克，柠檬酸1.2克；按铂质量0. 225 克计，取硝酸铂溶液10ml，配成50ml水溶液，浸渍于上述载体，110 "C烘干，50(TC焙烧2小时。
上述催化剂对含100ppm苯、20卯m的甲醛混合空气，体积空速 为2()000h—'条件下，完全转化为C02和&0.在180。C甲醛的转化率为 95%，在250。C苯的转化率为90%。 实施例3
称取11克氧化铝，33克氧化钛，100克水，球磨10小时，取出， ll(TC烘干，50(TC焙烧5小时，研磨成粉状，得到氧化钛和氧化铝 的复合氧化物载体。
称取硝酸铁5. 2克，硝酸钴2. 3克，柠檬酸1.2克;按铂质量0. 225 克计，取硝酸铂溶液10ml，配成50ml水溶液，浸渍于上述载体，110 。C烘干，50(TC焙烧3小时。
上述催化剂对含100ppm苯、20ppm的甲醛混合空气，体积空速 为20000f条件下，完全转化为C02和仏0.在180。C甲醛的转化率为 96%，在25(TC苯的转化率为89%。 实施例4
称取25克氧化铝，20克氧化钛，100克水，球磨10小时，取出， ll(TC烘干，50(TC焙烧5小时。研磨成粉状。得到氧化钛和氧化铝 的复合氧化物载体。称取硝酸铁5. 2克，硝酸钴2. 3克，柠檬酸1.2克；按铂质量0. 225 克计，取硝酸铂溶液10ml，配成50ml水溶液，浸渍于上述载体。110 。C烘干，50(TC焙烧2小时。
上述催化剂对含100ppm苯、20ppm的甲醛混合空气，体积空速 为20000P条件下，完全转化为C02和H力.在16(TC甲醛的转化率为 98. 5%，在23(TC苯的转化率为98%。
权利要求
1、一种用于室内空气净化的催化剂，其特征在于该催化剂用于一种室内空气净化装置；该催化剂组成为成分及配比为Pt负载于Al2O3或TiO2和Al2O3的复合载体上，其中，TiO2:Al2O3摩尔配比为为0-2.5，助催化剂为MnO2、Fe2O3、CoO、NiO、CuO、V2O5、MoO3、WO3中的一种或几种；所述的催化剂中，贵金属Pt的含量以载体质量计为0.1-2％，助催化剂的含量以载体质量计为0.1-5％；所述的一种室内空气净化装置的构成如下其包括机壳(1)、控制系统k、引风系统y、吸附系统x和催化燃烧系统c；所述的催化燃烧系统c固定连接于机壳(1)的上部，吸附系统x置于机(1)的内部并通过金属框固定在机壳(1)上，控制系统k和引风系统y均置于机壳(1)的外部；控制系统k通过控制线与催化燃烧系统c、吸附系统x和引风系统y电连接；引风系统y通过管道与机壳(1)的进气口(4)、进气口(5)连接；所述的进气口(4)、进气口(5)和气流通道(14)连接；进气口(4)与大风机(2)连接，进气口(5)与小风机(3)连接，在进气口(4)与(5)之间装有一可转动的挡(6)，该挡板(6)以轴(60)在水平方向与向上垂直方向90度可以来回转动，大风机(2)不启动时，挡板(6)处于水平位置，进气口(4)关闭；大风机(2)启动时，挡板(6)被吹起旋转至垂直方向使进气口(4)打开，同时使进气口(5)关闭；小风机(3)启动时，挡板(6)被吹落至水平位置使进气口(4)关闭，进气口(5)打开；大风机(2)采用大风量低噪音离心风机，小风机(3)采用低噪音高转速轴流风机，小风机的风量为不超过大风机风量的1/10；所述的控制系统k由电源、时间继电器、温度控制器、温度传感器构成；所述的电源分别与时间继电器、温度控制器相连接；所述的时间继电器与大风机(2)和小风机(3)连接，由时间继电器控制其工作时间；时间继电器还与温度控制器相连接，对温度控制器进行控制；所述的一个温度传感器置于吸附系统的吸附床单元之间的位置(13)并且与温度控制器相连接，另一温度传感器置于蜂窝陶瓷(10)的孔道(11)内并且与温度控制器相连接；温度控制器内部带有智能计算控制程序，预先设定时间继电器工作时间范围、分别加热带(15)和加热板(8)温度的范围；当传感器反馈回温度控制器的温度达到设定温度时，加热装置保持此设定温度；控制系统k的温度控制器内部带有智能计算循环控制程序执行如下步骤每一个循环从大风机(2)工作开始，大风机(2)将室内空气引入吸附系统x把有害物质吸附富集空气被净化，净化空气通过催化燃烧系统c的孔道(11)流回室内；大风机按设定的工作时间运行后，时间继电器指令小风机(2)开始工作，挡板(6)把进气口(4)关闭；温度控制器指令把加热带(15)和加热板(8)加热，加热带(15)的加热速率为25℃/min，加热带(15)设定温度为250-350℃；加热板(8)的加热速率为20℃/min，加热板(8)设定温度为160-260℃；达到设定的工作温度后，吸附系统x使外吸附层(7、9)吸附的有害物质脱附出来；时间继电器指令小风机(2)按设定的工作时间运行后，催化燃烧系统c由小风机(3)将吸附系统x中脱附出来的高浓度污染物气体通过催化燃烧系统c的蜂窝陶瓷(10)的催化剂，一氧化碳、苯、甲苯、二甲苯、甲醛和乙酸乙酯等污染物经过催化剂的作用完全转化为二氧化碳和水回到室内，完成一个循环；或重复进行多个循环；所述的吸附系统x由多个吸附床单元组成，一个吸附床单元由两个外吸附层(7、9)及1个加热板(8)构成，其中，吸附外层(7、9)的材料为活性炭毡，加热板(8)是由内部带电阻丝的云母板构成，吸附层与云母板胶结，每一个单元之间留有空隙，吸附床单元的活性炭毡的质量根据室内空间的大小设定，标准为每立方米空间使用5-10克的活性炭毡，吸附床单元被等距离的固定在带有凹槽31的金属框架20中，金属框架20和机壳1固定；所述的催化燃烧系统c位于吸附系统的上方的出气口处，该催化燃烧系统为一圆柱形蜂窝陶瓷(10)，陶瓷外壁均匀环绕电阻丝(17)，最外层为圆形石棉套(16)，其中圆形石棉套(16)和电阻丝(17)一起被称为加热套(15)；蜂窝陶瓷(10)中间的孔道(11)保证气流通过顺畅，孔道(11)的设置为400孔/平方英寸；蜂窝陶瓷10内表面上涂覆有催化剂，催化剂的涂覆量为每升陶瓷涂20-100克催化剂，所用陶瓷的体积与所需净化的空间体积关系为每立方米空间用陶瓷2-10ml。
2、如权利要求1所述的一种用于室内空气净化的催化剂的制备方法，其特征在于步骤和条件如下1) 所述的二氧化钛和氧化铝复合载体的的制备按配比，将二氧化钛和三氧化二铝混合，加水球磨，球磨时间为4 10小时，取出烘干，焙烧，得到粉状载体；所述的烘干温度为110 。C，焙烧温度为300 600°C;2) 所述的活性组分制备将上述活性组分的金属盐按给出的配比配制成水溶液，然后浸渍 于载体上；然后烘干，焙烧，烘干温度为1KTC，焙烧温度为300 60(TC， Pt盐为氯铂酸、二亚硝基二氨铂、硝酸铂；助剂的金属盐为 相应的金属氧化物的硝酸盐；浸渍液中加入柠檬酸，柠檬酸的量为活 性组分金属离子摩尔数的0.5-1.5倍。
全文摘要
本发明提供了一种用于室内空气净化的催化剂及其制备方法。该催化剂组成为Pt负载于Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>或TiO<sub>2</sub>和Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>的复合载体上，助剂为MnO<sub>2</sub>等金属氧化物；该催化剂用于新的室内空气净化装置。该净化装置包括机壳、控制系统、引风系统、吸附系统和催化燃烧系统，其突破了传统的更换吸附剂净化室内空气的模式，将吸附系统和催化燃烧系统有机结合在一起，将有害物质转化为无害的CO<sub>2</sub>和H<sub>2</sub>O，形成有效的空气净化系统。催化剂催化效率高，制备方法简单；在一个甲醛浓度为1.4mg/m<sup>3</sup>的50m<sup>3</sup>的房间运行此装置24小时后用酚试剂法检测甲醛浓度为0.06mg/m<sup>3</sup>。低于中国室内空气污染物标准的0.10mg/m<sup>3</sup>。
文档编号B01J23/89GK101450315SQ20081005170
公开日2009年6月10日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者张兴文, 静 李, 杨向光, 肖德海 申请人:中国科学院长春应用化学研究所