一种室温下催化甲醛高效降解的方法

本发明涉及一种室温下催化甲醛高效降解的方法，属于甲醛催化降解。

背景技术：

1、室内空气中甲醛的来源有室外源与室内源。人类生活所产生的化学品释放到空气中，经过一系列化学反应会生成甲醛，并广泛存在于室外空气中。装修材料与家具则是甲醛的室内来源。脲醛树脂由于价格低廉，常被用作装修材料黏合剂。在温度高、湿度大的环境下，脲醛树脂黏合剂极易挥发出甲醛。装修材料中的甲醛释放周期长，其浓度通常需要6个月才能下降到0.1mg/m3以下。

2、甲醛为ⅰ类致癌物质，民用房甲醛最高允许浓度为0.07和0.1mg/m3。目前针对室内甲醛的末端治理技术可分为吸附法与催化氧化法。传统吸附法是利用比表面积大或多孔结构的材料对甲醛进行吸附。该法是将甲醛从气态转化为固态存储，本质上并未改变甲醛的性质，还存在对低浓度甲醛吸附速率慢、吸附容量低、受环境温度湿度影响大和需要定期更换等问题。而催化氧化法可将甲醛直接分解为二氧化碳与水，是真正意义的甲醛净化技术。因此，开发经济高效的催化分解材料是室内甲醛净化的研究重点。

3、在甲醛催化分解材料的研究中，二氧化锰(mno2)因其较高的低温催化活性和低毒廉价优势，具有良好的应用前景。二氧化锰催化降解甲醛所需的温度仍然较高，不适合实际场景中的应用；室温下的降解需要负载在贵金属基上，成本较高。所以急需探索一种可以在室温下降解甲醛且节约成本的方法。

技术实现思路

1、针对现有技术室温下甲醛难被催化降解等问题，本发明提出了一种室温下催化甲醛高效降解的方法，即将纳米二氧化锰催化剂和铯锡碘量子点复合形成双半导体相复合催化剂，大幅提升催化剂的光响应，提高室温下甲醛降解的效率，并且，采用的钙钛矿材料(铯锡碘量子点)是无铅系钙钛矿，无毒无害，不会对人体造成危害。

2、一种室温下催化甲醛高效降解的方法，光催化剂为二氧化锰/铯锡碘量子点复合催化剂，二氧化锰与铯锡碘量子点溶液的固液比mg:μl为0.5～1:1；

3、该方法的具体步骤如下：

4、(1)将纳米二氧化锰催化剂超声分散在正己烷溶剂中得到纳米二氧化锰催化剂分散液；

5、(2)将铯锡碘量子点加入到纳米二氧化锰催化剂分散液中，超声分散，使铯锡碘量子点均匀负载在纳米二氧化锰催化剂表面得到二氧化锰/铯锡碘量子点复合催化剂分散液；

6、(3)将二氧化锰/铯锡碘量子点复合催化剂分散液均匀涂布在载体上，然后涂布有二氧化锰/铯锡碘量子点复合催化剂的载体置于甲醛氛围中，在室温下，有光照或无光照条件下催化甲醛降解生成h2o和co2。

7、所述步骤(1)纳米二氧化锰催化剂的粒径为100～500nm。

8、优选的，所述步骤(1)纳米二氧化锰催化剂分散液的浓度为5～10g/l。

9、优选的，所述步骤(3)载体上二氧化锰/铯锡碘量子点复合催化剂分散液的涂覆量为0.04～0.06ml/cm2。

10、优选的，步骤(3)载体为纤维载体。

11、有光条件下，甲醛氛围中甲醛含量可不高于4ppm，二氧化锰/铯锡碘量子点复合催化剂对甲醛降解反应有着优异的响应，可在室温下降解超低浓度的甲醛，室温下1h内对低浓度甲醛(4ppm及更低)的降解效率可达到50％以上。

12、优选的，所述纳米二氧化锰催化剂可选择以硫酸锰和浓盐酸为原料，经水热法合成粒径为100～500nm纳米二氧化锰催化剂；

13、优选的，所述铯锡碘量子点可选择以草酸锡和碳酸铯为前驱体、油酸油胺为配体，经热注入法热合成铯锡碘量子点溶液。

14、本发明室温下催化甲醛高效降解的原理(见图2)：二氧化锰表面的吸附氧物种和羟基基团被气相中的o2部分氧化，o2形成活性氧物种(o2-/o-)，甲醛吸附在催化剂表面形成甲酸盐物种；o2-/o-与甲酸盐物种反应生成h2o和co2，同时纳米二氧化锰催化剂被部分还原；纳米二氧化锰催化剂与铯锡碘量子点复合后形成二氧化锰/铯锡碘量子点复合催化剂，形成了s型异质结，复合催化剂光响应能力得到了提升，吸光范围也得到了加强；在光照下产生响应时，形成的双半导体体系在该反应中分离电子-空穴对，光生电子不会迅速从二氧化锰的导带回落至价带与空穴复合，而是与铯锡碘的价带上的空穴复合，从而使二氧化锰上的空穴进行氧化反应，产生降解甲醛所需的超氧根以及羟基基团，从而提升降解甲醛的效率。二氧化锰作为半导体，虽然可以产生光响应，但是由于其自身的性质原因，光生电子与空穴复合的速度极快，从而难以保证电子空穴对的分离，而铯锡碘的作用即是分离二氧化锰中的电子空穴对，促进氧化反应的发生。并且二氧化锰/铯锡碘量子点复合催化剂中二氧化锰在反应中被氧化的部分被还原，使得甲醛催化降解反应能够继续进行，提升降解甲醛的效率；并且二氧化锰/铯锡碘量子点复合催化剂对甲醛的吸附增强，使甲醛更容易被催化形成h2o和co2。

15、本发明的有益效果是：

16、(1)本发明二氧化锰/铯锡碘量子点复合催化剂在光照下产生响应，形成的双半导体体系在该反应中分离电子-空穴对，二氧化锰在反应中被氧化的部分被还原，使得甲醛催化降解反应能够继续进行，提升降解甲醛的效率；

17、(2)本发明纳米二氧化锰催化剂和铯锡碘量子点复合形成双半导体相复合催化剂，大幅提升催化剂的光响应，提高室温下甲醛降解效率，在光照条件下，可催化超低浓度甲醛(4ppm及更低)的高效降解。

技术特征：

1.一种室温下催化甲醛高效降解的方法，其特征在于：光催化剂为二氧化锰/铯锡碘量子点复合催化剂，二氧化锰与铯锡碘量子点溶液的固液比mg:μl为0.5～1:1；

2.根据权利要求1所述室温下催化甲醛高效降解的方法，其特征在于：步骤(1)纳米二氧化锰催化剂的粒径为100～500nm。

3.根据权利要求1所述室温下催化甲醛高效降解的方法，其特征在于：步骤(1)纳米二氧化锰催化剂分散液的浓度为5～10g/l。

4.根据权利要求1所述室温下催化甲醛高效降解的方法，其特征在于：步骤(3)载体上二氧化锰/铯锡碘量子点复合催化剂分散液的涂覆量为0.04～0.06ml/cm2。

5.根据权利要求1所述室温下催化甲醛高效降解的方法，其特征在于：步骤(3)有光条件下，甲醛氛围中甲醛含量不高于4ppm。

技术总结
本发明涉及一种室温下催化甲醛高效降解的方法，属于甲醛催化降解技术领域。本发明光催化剂为二氧化锰/铯锡碘量子点复合催化剂，二氧化锰与铯锡碘量子点溶液的固液比mg:μL为0.5～1:1；将纳米二氧化锰催化剂超声分散在正己烷溶剂中得到纳米二氧化锰催化剂分散液；将铯锡碘量子点加入到纳米二氧化锰催化剂分散液中，超声分散，使铯锡碘量子点均匀负载在纳米二氧化锰催化剂表面得到二氧化锰/铯锡碘量子点复合催化剂分散液；将二氧化锰/铯锡碘量子点复合催化剂分散液均匀涂布在载体上，然后涂布有二氧化锰/铯锡碘量子点复合催化剂的载体置于甲醛氛围中，在室温下，有光照或无光照条件下催化甲醛降解生成H2O和CO2。本发明复合催化剂可提高室温甲醛的降解效率。

技术研发人员：隋曼龄,包子涵,卢岳
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14