一种室温下消除甲醛的催化模块及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于净化空气的环境催化材料及制备方法，属于空气净化技术领 域，具体设及一种室溫下消除甲醒的催化模块及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 众所周知，甲醒在环境溫度下是一种无色、有刺激性气味的有毒气体，是室内空气 污染中毒性最强的污染物，甲醒被世界卫生组织确定为致癌、致突变和致崎形的物质，是公 认的变态反应源。甲醒对人的生存和健康带来严峻威胁，当空气中甲醒浓度超过0.lOmg/ m3时可明显刺激上呼吸道。甲醒对儿童和孕妇的危害更大，中国环境保护协会统计数据显 示，90%的白血病患儿家中曾进行过豪华装修，每年死于豪华装修的儿童高达210万，70% 的孕妇流产和室内甲醒超标有关。我国《空气质量标准》（GB/T18832-2002)规定，室内甲 醒的最高允许浓度为0.lOmg/m3,室溫下约为0.07ppm。室内空气中的甲醒主要其主要源自 建筑装饰和装修材料，诸如家具、地板、墙面、Π窗等所用到的创花板、纤维板、胶合板、地板 胶、乳胶漆等装饰材料，会在相当长的时间内缓慢、连续不断的释放甲醒，并在室内不断聚 集导致甲醒浓度超标。因此，开发高效甲醒净化技术，有效解决室内甲醒污染成为室内空气 净化的重要课题。
[0003] 室内甲醒的消除方法主要有吸附、低溫等离子体、光催化、催化氧化及生物法等。 吸附法是利用多孔碳、分子筛、硅胶、氧化侣等材料的吸附性能吸附空气中的甲醒，该方法 将甲醒富集在吸附剂中，没有达到完全降解的目的，甲醒在吸附剂中逐渐富集达到吸附平 衡时吸附剂失效。
[0004] 催化氧化是甲醒行之有效的消除方法，能够将甲醒氧化为&〇和c〇2。催化氧化 甲醒的催化剂主要有：WPt、PtAg、Au等为主的贵金属体系，W及过渡金属（Μη、Fe、Ni、 Co、化、化等）、稀±复合氧化物或混合物化a、Ce、Zr、化1、Sr、Pr等）为代表的非贵金属 体系。Huang等（HuangH，LeungDYC'et.al.，ACSCatal，2011，（1)4:348 ~354)利用 化肌4还原法制备了Iwt%Pd/Ti〇2催化剂，在SV= 120000mL/(g·h)、相对湿度为50%及 室溫条件下可将10卵m的甲醒完全氧化。Park等（ParkSJ，BaeI，et.al.，Qiem.Eng. J，2012，195-196(0) :392~402)指出Mn可W显著提高Pd/Beta催化剂的活性，在40°C 时（SV= 50000h1)可将甲醒彻底氧化。Zhang等狂hangC，HeH，et.al.，Catal.Today, 2007,126(3-4) :345 ~350)在Ti〇2表面负载不同贵金属，Iwt%Pt/Ti〇2在 20°C及SV= SOOOOh1 可将lOOppm的甲醒完全氧化。化ng等（PengJ，WangS.Appl.Catal.，B，2007， 74 (3-4) : 282~291)将0.6wt%Pt/Ti化用于甲醒催化氧化，催化剂在室溫及60°C时对甲醒 的转化率分别为 40%、99.6%。Nie等（Nie以化J，et.al.，化viron.Sci.Technol，2013， 47化）：2777-2783)利用化渗杂的Pt/Ti〇2催化剂催化氧化甲醒，60min内可将甲醒浓度由 253卵m降至15卵m。专利US5585083将12wt%Pt/Sn〇2催化剂用于消除空气中甲醒，-5~ 25Γ下可将甲醒彻底氧化，高的贵金属负载量使提高了催化剂成本，限制了其应用领域。专 利CN1698932A利用Au/稀±氧化物催化氧化甲醒，但催化剂在较高的溫度下（80~100°C) 对甲醒有较好的催化活性，限制了催化剂的广泛应用。专利CN103127952A利用Ag/ZSM-5 在室溫条件下消除甲醒，没有考察运行时间、水蒸汽对催化性能的影响。专利CN101274281A 发明了一种Mo、化、Μη及Ti改性的Pt/Co-Ce-Sn/堇青石蜂窝状催化剂，在18°C和相对湿 度为70%下对甲醒有较好的催化活性。专利CN102247842A公布了一种室溫下消除甲醒的 Pt/Ti〇2-Sn〇2/堇青石整体式催化剂，在室溫及环境湿度条件下对甲醒有较好的去除效果。 上述专利W直孔状堇青石蜂窝作为载体骨架，限制了催化剂的广泛应用。 阳0化]室溫下用于氧化甲醒的催化剂存在低溫活性差、寿命短及应用范围窄等缺点，现 有整体式催化模块采用直孔状堇青石蜂窝陶瓷为载体骨架，不利于反应分子的吸附和产物 分子的脱附，降低了催化剂效率。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种具有3D孔道结构、能在 室溫及环境湿度下消除甲醒的催化模块，采用常规金属氧化物和少量贵金属作为催化模块 的活性组分；催化模块对甲醒氧化具有优异的低溫活性和去除效率，同时具有高的稳定性 和抗水性能，催化模块前后的压力损失低，适用于居室、办公楼宇、学校、宿舍、商场、家具市 场、汽车等密闭、半密闭空间内的空气净化。
[0007] 本发明的另一目的在于提供一种制备上述催化模块的制备方法，即一种具有3D 孔结构的氧化甲醒用的催化模块的制备方法，克服直孔型催化模块在使用中的缺点。
[0008] 本发明采用W下技术方案实现上述发明目的：一种室溫下消除甲醒的催化模块， 其特征在于，包括骨架载体、涂层和催化剂层，
[0009] 所述骨架载体为具有Ξ维孔道的泡沫陶瓷结构，所述泡沫陶瓷结构内具有多个孔 道，所述孔道相互贯通且交织成网状结构；
[0010] 所述涂层均匀涂覆在所述泡沫陶瓷结构内的孔道表面及其外表面上，所述的催化 剂层高度分散在涂层上。
[0011] 在上述技术方案的基础上，本发明还可W做如下改进：
[0012] 进一步，所述泡沫陶瓷结构的材质为氧化侣、氧化儀、沸石、堇青石、莫来石、堇青 石-莫来石复合、碳化娃、氮化娃、氧化儀、错-莫来石、活性炭、氧化错和错刚玉其中的一种 或任意几种的混合材质，所述泡沫陶瓷结构内孔道的布置方向为X、Y和Z方向中的任一方 向；
[0013] 所述泡沫陶瓷结构的孔隙率为25~90%。
[0014] 进一步，所述涂层的由涂层前驱体粉末制成，所述涂层前驱体粉末为Alz化、化2化、 Ti〇2、Si〇2、Ce〇2、Zr〇2、MgO、ZMS-5、分子筛、AP0、SAP0、活性炭、沸石、蒙脱石、娃藻±、海泡 石、凹凸棒±和膨润±中的一种或任意几种的混合物或其中一种或任意几种的复合氧化物 或其中一种或任意几种改性后的材料，所述涂层的涂覆量为10~150g/L。
[0015] 采用上述进一步技术方案的有益效果为涂层前驱体粉末与涂层，涂层前驱体粉末 经过相应的处理后得到最终涂层，涂层与骨架载体间有较强的结合力。
[0016] 进一步，所述催化剂层包括活性组分和助剂组分，
[0017] 所述活性组分为Pd、Pt、化、Au、Ag或Ru中的任意一种或多种，所述活性组分由活 性组分前驱体粉末制成，所述活性组分前驱体粉末为具有上述元素的金属单质、氧化物、合 金、有机盐或无机盐中的一种或任意几种的混合物，所述活性组分在涂层上的负载量按所 述活性组分中对应金属单质的质量计为0. 05~lOwt% ;
[0018]所述助剂组分为Li、化、K、化、Cs、化、Fe、Co、Ni、Cu、Μη、Mo、Ti、Ce、Zr、Pr、Nd或 化中的任意一种或多种，所述助剂组分由助剂组分前驱体粉末制成，所述助剂组分前驱体 粉末为具有上述元素的金属单质、氧化物、合金、有机盐或无机盐中的一种或任意几种的混 合物，所述助剂组分在涂层上的负载量按所述助剂组分中对应金属单质的质量计为0.1~ 20wt%。
[0019] 一种室溫下消除甲醒的催化模块的制备方法，制备上述催化模块，包括如下将涂 层通过真空涂覆方法涂覆在所述泡沫陶瓷结构表面，然后利用浸溃法或沉淀法在涂层表面 负载催化剂层从而得到该催化模块的步骤，具体操作过程包括W下步骤：
[0020] (1)将涂层前驱体粉末10~40重量份、粘结剂0.1~20重量份、成膜助剂0.01~ 5重量份和去离子水混合均匀，所述去离子水与涂层前驱体粉末的质量比为9 :1~6:4 ;将 混合均匀的浆液置于分散机上，在300~55化/min下分散20~60min;然后用质量浓度为 5~20%的硝酸或盐酸溶液将料浆的抑调节至抑=3~4,继续分散10~30min;
[002U似将步骤（1)所得的浆液转移到球磨机或砂磨机中打胶1~化后，转移到真空 涂覆机储料罐中，然后将泡沫陶瓷结构置于样品仓内进行真空涂覆2~20min，利用压缩空 气吹扫孔道内的多余料浆；
[0022] (3)取出步骤似涂覆浆液的泡沫陶瓷结构，置于25~40°C及相对湿度为45~ 90%条件下养护4~2地后，于60~120°C环境中干燥1~12h;后将经过干燥的泡沫陶瓷 在200~550°C赔烧1~化，得到覆有涂层的泡沫陶瓷结构；
[0023] (4)配置活性组分溶液，将活性组分前驱体粉末溶解到去离子水中，然后在揽拌条 件下超声10~60min，加入去离子水稀释，稀释后溶液的体积与泡沫陶瓷结构的体积之比 为1:1~3 :1，再加入保护剂，所述保护剂与活性组分前驱体粉末中贵金属元素含量之比为 1:5~1:30,揽拌30~90min，得到活性组分浸溃液，其中活性组分对应金属单质的浓度为 5~lOOmmol/mL;配置助剂组分溶液，将助剂组分前驱体粉末加入去离子水稀释，稀释后的 体积与泡沫陶瓷结构的体积之比为1:1~3 :1，得到助剂组分浸溃液，其中助剂组分质量浓 度为10~50% ;
[0024] (5)将步骤（4)所得的活性组分浸溃液和助剂组分浸溃液均匀混合得到混合浸溃 液，将步骤（3)中得到的涂覆有涂层的泡沫陶瓷置于混合浸溃液中浸溃1~lOmin，在室溫 及环境湿度下阴干，在50~100°C干燥1~12h，然后在空气或氮气或氨气流中于200~ 550°C赔烧2~化得到催化模块；
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