一种消除甲醛的催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及环境催化，尤其涉及一种消除甲醛的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、甲醛又称蚁醛，是一种有强烈刺激性和窒息性气味的无色气体。甲醛在工业中有很多用途，室内装修常用的板材、油漆、地毯、壁纸等多含有并释放甲醛，燃料和烟叶的不完全燃烧也释放甲醛。但是甲醛会对环境和人体健康造成严重危害。空气中甲醛浓度过高时，会对人体皮肤黏膜产生刺激作用引起眼睛红痒、喉咙不适等症状。若长期接触甲醛，易引发呼吸功能障碍和肝中毒性病变，表现为肝细胞损伤、肝辐射能异常等。不仅如此，甲醛还具有较强的致癌作用。因此，常需要对甲醛进行消除。

2、本领域技术人员周知的，甲醛经氧化可以生成二氧化碳和水。但是甲醛氧化所需温度较高，因此，可以使用催化剂降低甲醛氧化所需温度。目前常使用贵金属(pt、pd、ru、rh、au、ag等)基催化剂在较低温度下催化甲醛氧化性能，但是该类催化剂成本较高、储量有限，限制了催化剂的大规模应用。

3、为了减少催化剂中的贵金属用量，降低成本，提升储量，使消除甲醛催化剂可以大规模应用，亟需开发可在较低温度下高效消除甲醛的催化剂。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种消除甲醛的催化剂，使用该催化剂可在较低温度下高效消除甲醛。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种消除甲醛的催化剂，该催化剂包括贵金属及非贵金属氧化物，

4、所述贵金属包含铂、钯、钌、铑、金、银中的至少一种；

5、所述非贵金属氧化物包含mnxoy、al2o3、tio2、zro2、sio2、zno、co3o4、fe2o3、nbmon、fe3o4中的至少一种；

6、所述mnxoy中，x为2～3，y为3～4；

7、所述nbmon中，m为1～2，n为1～5。

8、可选地，在催化剂中，非贵金属氧化物与贵金属的重量比为10～200：1。

9、可选地，所述贵金属的晶粒尺寸为0.5～10nm；

10、所述非贵金属氧化物的比表面积为10～850m2/g；非贵金属氧化物中氧原子摩尔量≤理论化学计量比氧摩尔含量的90％。

11、本发明还提供了一种所述消除甲醛的催化剂的制备方法，包括以下步骤：

12、将非贵金属盐与贵金属的前驱体盐及助剂在溶剂中混合，顺次进行洗涤、烘干、焙烧得到所述催化剂。

13、可选地，非贵金属盐与贵金属盐的前驱体的质量比为20～500：1，贵金属的前驱体盐与溶剂的用量比为0.0006～0.015g：1ml；

14、助剂与溶剂的质量比为1：5～160；

15、所述洗涤为使用水进行2～5次洗涤，无水乙醇洗涤2～5次；

16、所述烘干的温度为60～100℃，烘干的时间为12～48h；

17、所述焙烧的温度为400～700℃，焙烧的时间为1～5h。

18、可选地，所述非贵金属盐包含硝酸钴、硝酸铁、硝酸铝、硫酸钛、高锰酸钾、硝酸锰、正硅酸乙酯、硝酸锆中的至少一种；

19、所述贵金属的前驱体盐包含氯金酸、硝酸银、硝酸钯、氯铂酸中的至少一种；

20、所述溶剂包含水、乙醇中的至少一种；

21、所述助剂包含聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷胺、尿素、草酸、柠檬酸、碳酸钠、氢氧化钠、四乙基氢氧化铵、氢氧化铵中的至少一种。

22、本发明还提供了所述消除甲醛的催化剂在甲醛消除反应中的应用，催化剂需在气氛中以100～600℃焙烧处理1～4h；

23、所述气氛包含氮气、氩气、氢气、一氧化碳、氧气中的至少一种。

24、可选地，所述甲醛消除反应的反应气中甲醛浓度为150～300ppm，氧气浓度为15～25vol％，余量为氮气；反应气气流量为30～90ml/min，使用经焙烧处理的催化剂100～150mg；甲醛消除反应的反应温度为20～100℃。

25、氧化物具有廉价易得、稳定性好等特点，被广泛应用于多种催化反应过程中。氧化物与某些金属之间的强相互作用有利于活性组分的分散，降低活性组分的尺寸，进而提高催化剂的活性。适当的制备技术可以调控氧化物的形貌和结构，进而控制活性组分的粒子尺寸。本发明利用氧化物特点，结合贵金属的高效催化特性，并添加助剂调控催化剂结构，构建高分散贵金属复合催化剂来提高催化剂的催化活性和稳定性，制得了本发明所述催化剂。

26、催化剂使用前采用不同气氛进行处理。在一定温度下金属盐会分解；氧化性(o2)或还原性(h2或co)气氛下处理使金属形成不同的价态，配合适当的处理温度可以调整所需金属粒子的尺寸。

技术特征：

1.一种消除甲醛的催化剂，其特征在于，该催化剂包括贵金属及非贵金属氧化物，

2.根据权利要求1所述的消除甲醛的催化剂，其特征在于，在催化剂中，非贵金属氧化物与贵金属的重量比为10～200：1。

3.根据权利要求1或2所述的消除甲醛的催化剂，其特征在于，所述贵金属的晶粒尺寸为0.5～10nm；

4.权利要求1～3任一项所述消除甲醛的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，

7.权利要求1～3任一项所述消除甲醛的催化剂或权利要求4～6任一项制备方法制得的消除甲醛的催化剂在甲醛消除反应中的应用，其特征在于，催化剂使用前需在气氛中以100～600℃预处理1～4h；

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述甲醛消除反应的反应气中甲醛浓度为150～300ppm，氧气浓度为15～25vol％，余量为氮气；反应气气流量为30～90ml/min，使用经焙烧处理的催化剂100～150mg；

技术总结
本发明涉及环境催化技术领域，尤其涉及一种消除甲醛的催化剂及其制备方法和应用。该催化剂由非贵金属盐与贵金属的前驱体盐及助剂在溶剂中混合，顺次进行洗涤、烘干、焙烧制成。制得的催化剂以非贵金属氧化物为载体，以贵金属为活性组分催化甲醛消除反应。载体的使用可以减少催化剂中贵金属的使用量，降低生产成本，并且以氧化物为载体有利于活性组分的分散，降低活性组分的尺寸，进而提高催化剂的活性。本发明提供的催化剂可在较低温度下高效催化甲醛消除反应的发生。

技术研发人员：王奕,曲振平,王辉
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15