专利名称：室温消除甲醛的负载型活性炭催化材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种催化材料及其制备方法，特别是涉及一种室温消除甲醛的负载型活性炭催化材料及制备方法。
背景技术：
在新装修的住房及工作场所内，由于广泛使用大量的板材家具及装饰材料所带来的有害气体污染尤其是甲醛气体对人类生存健康造成严重威胁。甲醛是一种一种无色有强烈刺激性气味的气体，能与蛋白质结合，吸入高浓度甲醛后会出现呼吸道的严重刺激和水肿、眼刺痛、头痛等不良反应，严重的会危及生命。装修材料中释放的甲醛主要来自于粘合齐U、涂料中，挥发性差，缓慢释放长达十几年，因此研制室温下消除甲醛的材料具有重要的现实意义。甲醛的去除方法一般有吸附法，催化氧化法，生物脱除法，化学反应法等。吸附法最常用的是活性炭，一般需要将活性炭改性以提高吸附性能。催化氧化法具有较高的脱除效率和使用寿命，能使甲醛在低温下氧化分解为无害的H2O和CO，是公认的较为理想的甲醛脱除方法。活性炭具有比表面积高，吸附性能好，负载于其上的贵金属易回收等优点，因此活性炭常被用作催化剂的载体。以活性炭为载体可提高活性组分的分散度及稳定性，一般将活性炭通过强氧化剂处理、负载金属氧化物加以改性来提高催化剂的性能。以活性炭为载体制备的催化氧化剂一般具有吸附和催化氧化的双重功效。经过对现有技术的检索发现文献公开了一种消除甲醛的负载型催化剂及其制备方法和用途，该催化剂是将金属氧化物浸溃到惰性载体上经焙烧后再负载贵金属成分制得。催化剂所用的惰性载体为Y-Al2O3或介孔Al2O3或纯硅介孔材料，贵金属选自Pt、Ru、Rh、Pd、Au中的一种,金属氧化物选自氧化铺,氧化钴,氧化锌,氧化铁,氧化钛中的一种。该催化剂在低温下能保持对甲醛较高的活性和稳定性，可在无需其他附加装置的条件下将甲醛催化氧化而转化成无害的H2O和CO，但在反应温度为100°C时甲醛转化率仅为91. 5%。又经检索发现，文献公开了一种用于消除甲醛的催化剂及其制备方法和用途。该催化剂以溶胶凝胶法或模板法制备复合氧化物载体，再将载体加入到贵金属的盐溶液中，经洗涤、烘干、焙烧制得。在反应温度为40°C时，甲醛的最高转化率可达94.6%，但并未对催化剂的使用寿命做评价，不能完全反映出催化剂对甲醛的净化效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种室温消除甲醛的负载型活性炭催化材料及其制备方法。本发明是通过以下技术方案实现的该催化材料以强氧化剂处理过的活性炭为载体，经金属氧化物改性后负载贵金属活性组分制备而成。本发明提供一种室温消除甲醛的负载型活性炭催化材料，其特征在于，所述催化材料质量百分比组成为贵金属活性组分为0.1 2%、金属氧化物为I 20%，活性炭载体 78 98. 9%。所述的活性炭载体为块状蜂窝活性炭，孔隙率为50、100、150、200孔/平方英寸中
的一种或其组合。所述的贵金属活性组分为金、钯、钌、铑、钼中的一种或其组合。所述的金属氧化物为氧化锌、氧化钴、氧化锰、氧化钛、氧化镁、氧化锆、氧化镧、氧化铈、氧化钕中的一种或其组合。本发明提供一种室温消除甲醛的负载型活性炭催化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤第一步、活性炭前处理配制10%的硝酸和10%的双氧水溶液混合均匀，将活性炭浸溃其中I 8小时，取出后于60 120°C烘干；第二步、活性炭改性配制所需浓度的金属硝酸盐溶液，将前处理过的活性炭等体积浸溃I 8小时后，于60 120°C烘箱中干燥干燥2 10小时；将干燥后的活性炭在真空或氮气保护下，于200 350°C焙烧I 4小时，制得改性活性炭；第三步、负载活性组分配制一定浓度的贵金属氯化物溶液，20 60°C下等体积浸溃改性活性炭I 8小时后取出；配制一定浓度的硼氢化钠(NaBH4)溶液，20 60°C下还原取出的活性炭I 10小时，用去离子水洗涤，过滤，60 120°C干燥2 10小时，制得室温消除甲醛的负载型活性炭催化材料。第二步所述的金属硝酸盐为硝酸锌、硝酸钴、硝酸锰、硝酸钛、硝酸镁、硝酸锆、硝酸镧、硝酸铈、硝酸钕中的一种或其组合。本发明的催化材料对甲醛的净化性能评价在016臟、长300mm直型玻璃管反应器中进行，催化材料用量为6ml，原料气组成为甲醛浓度为10 500ppm，其余为空气。反应在20 40°C常压环境下进行，反应气体积空速(GHSV)为IOOOOh'由美国InterScan 4160甲醛检测仪检测出甲醛浓度计算得到甲醛去除率。与现有技术相比，本发明的催化材料以强氧化剂处理过的活性炭为载体，经金属氧化物改性后负载贵金属活性组分制备而成。本发明具有以下优点该催化材料对甲醛消除具有吸附和常温催化氧化的双重功能，在室温下空速为iooootr1时，催化材料对对甲醛的去除率达到98. 2%以上，使甲醛催化氧化成为无害的H2O和CO实现绿色消除，并且具有良好的抗水汽性能和寿命，制备工艺简单易操作。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。对比例I前处理后的活性炭配制浓度为10 %的硝酸和10 %的双氧水混合溶液IOml，将O 15mm、长50mm活性炭浸溃其中2h，取出后于120°C干燥4h，制得前处理后的活性炭。将所制的活性炭按照前述试验条件进行甲醛净化性能评价，200C时甲醛的初始转化率为86. 7%，4h后甲醛转化率降为17.4%。
实施例1 :配制浓度为10 %的硝酸和10 %的双氧水混合溶液IOml，将O 15mm、长50mm活性炭浸溃其中2h，取出后于120°C干燥4h，制得前处理后的活性炭。称取0. 2g硝酸镧溶于6ml去离子水中配成溶液，将前处理过的活性炭置于溶液中等体积浸溃2h后，于120°C烘箱中干燥4h。将干燥后的活性炭在真空(或氮气保护)下，于30(TC煅烧3h，制得改性活性炭。配制浓度为0. 008g/ml的氯金酸溶液6ml，60°C下浸溃改性活性炭2h ;配制浓度为0. 05g/ml的NaBH4溶液15ml，20°C下还原活性炭2h，用去离子水洗涤，过滤，100°C干燥4h，制得成品催化材料。其中Au : La2O3 活性炭=I 5 IOO0将所制的活性炭按照前述试验条件进行甲醛净化化性能评价，20°C时甲醛的初始转化率为95. 8%，4h后甲醛转化率降为64. 9%。实施例2 配制浓度为10 %的硝酸和10 %的双氧水混合溶液IOml，将O 15mm、长50mm活性炭浸溃其中2h，取出后于120°C干燥4h，制得前处理后的活性炭。称取0.1Og硝酸锰溶于6ml去离子水中配成溶液，将前处理过的活性炭置于溶液中等体积浸溃2h后，于120°C烘箱中干燥4h。将干燥后的活性炭在真空(或氮气保护)下，于300°C煅烧3h，制得改性活性炭。配制浓度为0. 008g/ml的氯金酸溶液6ml，60°C下浸溃改性活性炭2h ;配制浓度为0. 05g/ml的NaBH4溶液15ml，20°C下还原活性炭2h，用去离子水洗涤，过滤，100°C干燥4h，制得成品催化材料。其中Au : MnO2 活性炭=I 5 IOO0将所制的活性炭按照前述试验条件进行甲醛净化化性能评价，20°C时甲醛的初始转化率为77. 4%，4h后甲醛转化率降为47. 6%。实施例3 配制浓度为10 %的硝酸和10 %的双氧水混合溶液IOml，将O 15mm、长50mm活性炭浸溃其中2h，取出后于120°C干燥4h，制得前处理后的活性炭。称取0. 195g硝酸钕溶于6ml去离子水中配成溶液，将前处理过的活性炭置于溶液中等体积浸溃2h后，于120°C烘箱中干燥4h。将干燥后的活性炭在真空(或氮气保护)下，于300°C煅烧3h，制得改性活性炭。配制浓度为0. 008g/ml的氯金酸溶液6ml，60°C下浸溃改性活性炭2h ;配制浓度为
0.05g/ml的NaBH4溶液15ml，20°C下还原活性炭2h，用去离子水洗涤，过滤，100°C干燥4h，制得成品催化材料。其中Au : Nd2O3 活性炭=I 5 IOO0将所制的活性炭按照前述试验条件进行甲醛净化化性能评价，20°C时甲醛的初始转化率为98. 2 %，4h后甲醛转化率仍高达94. 7 %，24h后甲醛转化率为91.9%。实施例4 配制浓度为10%的硝酸和10%的双氧水混合溶液10ml，将O 15mm、长50mm活性炭浸溃其中2h，取出后于120°C干燥4h，制得前处理后的活性炭。称取0. 3775g硝酸铈溶于6ml去离子水中配成溶液，将前处理过的活性炭置于溶液中等体积浸溃2h后，于120°C烘箱中干燥4h。将干燥后的活性炭在真空(或氮气保护)下，于300°C煅烧3h，制得改性活性炭。配制浓度为0. 008g/ml的氯金酸溶液6ml，60°C下浸溃改性活性炭2h ;配制浓度为0.05g/ml的NaBH4溶液15ml，20°C下还原活性炭2h，用去离子水洗涤，过滤，100°C干燥4h，制得成品催化材料。其中Au : CeO2 活性炭=I 5 IOO0将所制的活性炭按照前述试验条件进行甲醛净化化性能评价，20°C时甲醛的初始转化率为94. 5%，4h后甲醛转化率降为87. 3%。实施例5 配制浓度为10 %的硝酸和10 %的双氧水混合溶液IOml，将O 15mm、长50mm活性炭浸溃其中2h，取出后于120°C干燥4h，制得前处理后的活性炭。称取0. 3775g硝酸铈溶于6ml去离子水中配成溶液，将前处理过的活性炭置于溶液中等体积浸溃2h后，于120°C烘箱中干燥4h。将干燥后的活性炭在真空(或氮气保护)下，于300°C煅烧3h，制得改性活性炭。配制浓度为0. 006g/ml的氯化钯溶液6mL，60°C下浸溃改性活性炭2h ;配制浓度为
0.05g/ml的NaBH4溶液15ml，20°C下还原活性炭2h，用去离子水洗涤，过滤，100°C干燥4h，制得成品催化材料。其中Pd CeO2 活性炭=1:5: 100。将所制的活性炭按照前述试验条件进行甲醛净化化性能评价，20°C时甲醛的初始转化率为97. 3%，4h后甲醛转化率降为75. 1%。
权利要求
1.一种室温消除甲醛的负载型活性炭催化材料，其特征在于，所述催化材料质量百分比组成为:贵金属活性组分为0.1 2%、金属氧化物为I 20%，活性炭载体78 98.9%。
2.根据权利要求1所述一种室温消除甲醛的负载型活性炭催化材料，其特征在于，所述的活性炭载体为块状蜂窝活性炭，孔隙率为50、100、150、200孔/平方英寸中的一种或其组合。
3.根据权利要求1所述一种室温消除甲醛的负载型活性炭催化材料，其特征在于，所述的贵金属活性组分为金、钯、钌、铑、钼中的一种或其组合。
4.根据权利要求1所述一种室温消除甲醛的负载型活性炭催化材料，其特征在于，所述的金属氧化物为氧化锌、氧化钴、氧化锰、氧化钛、氧化镁、氧化锆、氧化镧、氧化铈、氧化钕中的一种或其组合。
5.根据权利要求1 4之一所述一种室温消除甲醛的负载型活性炭催化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 第一步、活性炭 前处理:配制10%的硝酸和10%的双氧水溶液混合均匀，将活性炭浸溃其中1 8小时，取出后于60 120°C烘干； 第二步、活性炭改性:配制所需浓度的金属硝酸盐溶液，将前处理过的活性炭等体积浸溃I 8小时后，于60 120°C烘箱中干燥干燥2 10小时；将干燥后的活性炭在真空或氮气保护下，于200 350°C焙烧I 4小时，制得改性活性炭； 第三步、负载活性组分:配制一定浓度的贵金属氯化物溶液，20 60°C下等体积浸溃改性活性炭I 8小时后取出；配制一定浓度的硼氢化钠(NaBH4)溶液，20 60°C下还原取出的活性炭I 10小时，用去离子水洗涤，过滤，60 120°C干燥2 10小时，制得室温消除甲醛的负载型活性炭催化材料。
6.根据权利要求5所述一种室温消除甲醛的负载型活性炭催化材料的制备方法，其特征在于，第二步所述的金属硝酸盐为硝酸锌、硝酸钴、硝酸锰、硝酸钛、硝酸镁、硝酸锆、硝酸镧、硝酸铈、硝酸钕中的一种或其组合。
全文摘要
本发明公开了一种室温消除甲醛的负载型活性炭催化材料，其特征在于，所述催化材料质量百分比组成为贵金属活性组分为0.1～2％、金属氧化物为1～20％，活性炭载体78～98.9％。本发明还公开了一种室温消除甲醛的负载型活性炭催化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤活性炭前处理；活性炭改性；负载活性组分洗涤，过滤，干燥，制得室温消除甲醛的负载型活性炭催化材料。该催化材料对室温下甲醛消除具有吸附和常温催化氧化的双重功能，在室温下空速为10000h-1时，催化材料对甲醛的去除率达到98.2％以上，使甲醛催化氧化成为无害的H2O和CO实现绿色消除，并且具有良好的抗水汽性能和寿命，制备工艺简单易操作。
文档编号B01J23/63GK103071489SQ201110327429
公开日2013年5月1日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者周洁, 姚炜, 刘洋, 张豪杰, 何丹农 申请人:上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司