專利名稱：一種高效的室溫條件下催化完全氧化甲醛的催化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于室溫條件下催化氧化甲醛氣體，可以在室溫條件下將甲醛氣體催化氧化為二氧化碳和水，催化劑在一定的時(shí)間范圍內(nèi)具有很高的甲醛氧化活性，甲醛的轉(zhuǎn)化率可達(dá)100％。
背景技術(shù)：
隨著人們物質(zhì)文化生活水平的提高，室內(nèi)裝修已成為時(shí)尚。但室內(nèi)空氣污染也越來越嚴(yán)重。甲醛是家具和裝修中最嚴(yán)重的污染物。多種室內(nèi)裝修材料，如家具油漆、墻紙、塑料地板、化纖地毯、門窗等，都有可能向室內(nèi)釋放甲醛，尤其現(xiàn)今的人造板材普遍使用酚醛樹脂等能夠釋放出甲醛的粘合劑，在室內(nèi)環(huán)境中釋放甲醛可持續(xù)數(shù)年。長期接觸低劑量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、結(jié)腸癌、腦瘤、月經(jīng)紊亂、細(xì)胞核的基因突變，DNA單鏈內(nèi)交連和DNA與蛋白質(zhì)交連及抑制DNA損傷的修復(fù)、妊娠綜合癥，引起新生兒染色體異常、白血病，引起青少年記憶力和智力下降。在所有接觸者中，兒童和孕婦對甲醛尤為敏感，危害也就更大。甲醛作為較高毒性的物質(zhì)，在我國有毒化學(xué)品優(yōu)先控制名單上甲醛高居第二位。甲醛已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸形物質(zhì)，是公認(rèn)的變態(tài)反應(yīng)源，也是潛在的強(qiáng)致突變物。近幾年來，由于各方面的宣傳和人們科普知識的提高，對室內(nèi)裝修引發(fā)的一系列污染問題越來越重視，解決室內(nèi)環(huán)境污染成為各國研究者所關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。
目前，各種空氣凈化器主要應(yīng)用活性炭的強(qiáng)吸附性吸附甲醛等污染物。常用多孔碳材料、有蜂窩狀活性炭，球狀活性炭，活性炭纖維，新型活性炭以及分子篩、沸石、多孔粘土礦石、活性氧化鋁和硅膠等作為吸附劑。此種方法比較簡單，但吸附劑需定期更換。用催化技術(shù)將甲醛分解為無害無味物質(zhì)的傳統(tǒng)的催化分解需要在一定溫度下完成(一般在200℃以上)，運(yùn)行費(fèi)用較高。等離子體催化技術(shù)雖然可在常溫、常壓下分解有害氣體，但是會(huì)產(chǎn)生一氧化碳、臭氧和氮氧化物等副產(chǎn)物，且可發(fā)生等離子體的設(shè)備價(jià)格昂貴。當(dāng)前研究比較多的是納米光催化分解甲醛技術(shù)，這類催化劑主要以TiO2納米粉體或薄膜作為光催化劑，原料制備方法復(fù)雜，技術(shù)要求高，且納米光催化劑需要特定的激發(fā)光源。室溫條件下直接非光催化氧化低濃度甲醛為無害的水和二氧化碳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述問題，提供一種用于室溫條件下催化氧化低濃度甲醛的高選擇性催化劑。該催化劑使用簡單易得的金屬氧化物和非常少量的貴金屬為原料，制備方法簡單。本發(fā)明是在充分考慮到以往的研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量研究的結(jié)果。所提供的催化劑在室溫條件下就可以將甲醛完全催化轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，并且在相當(dāng)長的時(shí)間范圍內(nèi)轉(zhuǎn)化率保持在100％。不需要復(fù)雜的附屬設(shè)備和外在條件。
本發(fā)明的催化劑以金屬氧化物為載體，負(fù)載0.1～5％的其它貴金屬。前述金屬氧化物可以是二氧化鈰、二氧化鋯、二氧化鈦、三氧化二鋁、三氧化二鑭、氧化鎂、氧化鋅、氧化鈣、氧化銅其中的一種或一種以上氧化物的混合物。負(fù)載的貴金屬組分可以是鉑、金、銠、鈀、銀中的一種或者一種以上。
前述的催化劑，貴金屬組分可通過用各自的可溶的化合物水溶液以眾所周知的浸漬法、沉淀法、溶膠-凝膠法負(fù)載于金屬氧化物上。比如使用浸漬法時(shí)，可將選定的金屬氧化物浸泡于貴金屬和其他金屬各自的可溶化合物水溶液中，攪拌1-24小時(shí)，在80-120℃干燥，在空氣或氮?dú)饣驓錃饣蛘婵罩须A段性地從100℃升溫至600℃。貴金屬組分和其他金屬組分的顆粒大小可以通過調(diào)整溫度、時(shí)間、和氣氛等因素得到控制。按照本發(fā)明，也可以任何順序?qū)⒁环N或幾種貴金屬組分按前述方法負(fù)載于金屬氧化物上，然后按同樣方法負(fù)載其余貴金屬組分。按照本發(fā)明，貴金屬組分也可以分別負(fù)載在不同金屬氧化物上通過混合構(gòu)成催化劑。
前述的催化劑，根據(jù)不同的需要，可以制成各種結(jié)構(gòu)，如負(fù)載在蜂窩陶瓷體或金屬制成的篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)的壁表面上，或開孔泡沫體也可以用作催化劑的結(jié)構(gòu)性載體。也可將催化劑制成球狀或板狀使用。
本發(fā)明制備過程簡單，操作方便。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明的催化劑制備原料低廉易得，使用條件簡單，可有效應(yīng)用于室溫條件下氧化甲醛。
(2)本發(fā)明的催化劑在室溫條件下就可以催化甲醛為無害的二氧化碳和水。
(3)本發(fā)明的催化劑在有效工作時(shí)間區(qū)間內(nèi)甲醛的轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到100％。
(4)本發(fā)明催化劑用量少，且不需要耗費(fèi)電力熱力，節(jié)約能源。
為了更清楚地說明本發(fā)明，列舉以下對比例和實(shí)施例，但其對本發(fā)明的范圍無任何限制。
對比例1取10克三氧化二鋁粉末，加入一定量的去離子水。在攪拌情況下，加入1％的Au溶液，攪拌1小時(shí)后，在70℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)烘干，然后在600℃焙燒5小時(shí)得到所需催化劑。將催化劑過篩為40～60目大小顆粒備用。
對比例2將0.066克對比例1催化劑放置于管式固定床反應(yīng)器中反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)條件如下所示體積組成氧氣20％，氮?dú)?0％，甲醛氣體用甲醛氣體發(fā)生器產(chǎn)生，由氮?dú)獯等敕磻?yīng)體系，控制甲醛濃度為0.05％，反應(yīng)空速(GHSV)為50,000/小時(shí)。在室溫條件下，甲醛轉(zhuǎn)化率為零。
實(shí)施例1取10克二氧化鈦粉末，加入一定量的去離子水。在攪拌情況下，加入1％的Pt溶液，攪拌1小時(shí)后，在70℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)烘干，然后在600℃焙燒5小時(shí)得到所需催化劑。將催化劑過篩為40～60目大小顆粒備用。
實(shí)施例2將0.066克實(shí)施例1催化劑放置于管式固定床反應(yīng)器中反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)條件如下所示體積組成氧氣20％，氮?dú)?0％，甲醛氣體用甲醛氣體發(fā)生器產(chǎn)生，由氮?dú)獯等敕磻?yīng)體系，控制甲醛濃度為0.05％，反應(yīng)空速(GHSV)為50,000/小時(shí)。在室溫條件下，甲醛的轉(zhuǎn)化率為100％，保持24小時(shí)之后轉(zhuǎn)化率未見下降。
權(quán)利要求
1.一種高效的在室溫條件下催化完全氧化甲醛氣體的催化劑，其特征在于，該催化劑由在金屬氧化物上負(fù)載少量的貴金屬組分構(gòu)成。
2.如前述權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于，其貴金屬組分可以是鉑、金、銠、鈀、銀中的一種或者一種以上。
3.如前述權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于，前述貴金屬組分可通過用各自的可溶的化合物水溶液以眾所周知的浸漬法、沉淀法、溶膠-凝膠法負(fù)載于金屬氧化物上。
4.如前述權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于，前述金屬氧化物載體上的貴金屬組分的金屬元素重量換算值負(fù)載量為0.1-5％。
5.如前述權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于，金屬氧化物載體可以是二氧化鈰、二氧化鋯、二氧化鈦、三氧化二鋁、三氧化二鑭、氧化鎂、氧化鋅、氧化鈣、氧化銅其中的一種或一種以上氧化物的混合物。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于室溫條件下催化完全氧化低濃度甲醛的高活性催化劑。該催化劑使用簡單易得的金屬氧化物和非常少量的貴金屬為原料，制備方法簡單。該催化劑由金屬氧化物為主體，在金屬氧化物上負(fù)載貴金屬組分構(gòu)成。其特征在于，前述金屬氧化物組分可以是下列的金屬氧化物群中至少一種，前述貴金屬組分可以是下列的貴金屬群中至少一種。金屬氧化物二氧化鈰、二氧化鋯、二氧化鈦、三氧化二鋁、三氧化二鑭、氧化鎂、氧化鋅、氧化鈣、氧化銅；貴金屬群鉑、金、銠、鈀、銀。本發(fā)明的催化劑，由普通金屬氧化物和少量貴金屬組成，可有效應(yīng)用于室溫條件下甲醛的催化氧化。本發(fā)明的催化劑的催化活性高，持續(xù)時(shí)間長，在室溫條件下甲醛的轉(zhuǎn)化率可高達(dá)100％，產(chǎn)物為二氧化碳和水。本發(fā)明的催化劑使用時(shí)不需要其它附加的外在條件，節(jié)約能源，具有推廣的價(jià)值。
文檔編號B01D53/72GK1795970SQ20041010283
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者賀泓, 張長斌, 田中虔一 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心