本發(fā)明屬于催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種室溫消除甲醛的負(fù)載型催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

甲醛是室內(nèi)主要空氣污染物之一，主要來源于室內(nèi)各種裝飾裝修材料：木板、膠黏劑、內(nèi)墻涂料、木制家具、墻紙和地毯等，已被世界衛(wèi)生組織（WHO）認(rèn)定為導(dǎo)致人類罹患癌癥和畸變等嚴(yán)重疾病的罪魁禍?zhǔn)字弧Ｈ绻┞对诩兹┪廴镜沫h(huán)境下，短期內(nèi)會(huì)出現(xiàn)眼睛刺痛、鼻刺痛，引發(fā)鼻膜炎、咽喉炎等呼吸道疾?。婚L(zhǎng)期接觸甲醛會(huì)引起慢性中毒，損害神經(jīng)系統(tǒng)；皮膚直接接觸甲醛，會(huì)引起過敏性皮炎等疾??；甲醛進(jìn)入人體后，破壞人體的蛋白質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起染色體突變，癌變。為了滿足日益嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)規(guī)則和人們追求更高品質(zhì)生活的需要，消除甲醛提高室內(nèi)空氣質(zhì)量已成為當(dāng)前亟待解決的重大環(huán)境問題。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外已出現(xiàn)多種治理室內(nèi)空氣甲醛污染的空氣凈化技術(shù)，主要有：機(jī)械凈化法、生物凈化法、物理凈化法、催化凈化法等。機(jī)械凈化法主要是指通常所說的通風(fēng)換氣法，長(zhǎng)期通風(fēng)置換空氣對(duì)于寒冷地區(qū)并不具有可行性，具有一定的局限性；生物凈化法是指通過植物的新陳代謝或細(xì)菌的分解來消除甲醛的方法，但是植物的呼吸速率比較緩慢，效果甚微；物理凈化法包括：氣體吸附法，等離子體空氣凈化法。吸附法是利用多孔性材料所具有的吸附性能將空氣中的甲醛分子進(jìn)行吸附，但存在吸附飽和后二次污染的缺點(diǎn)；等離子體空氣凈化法是在高壓放電作用下產(chǎn)生大量等離子體氧化空氣中的甲醛達(dá)到消除甲醛的目的，但其效率低、設(shè)備昂貴、能耗高，易產(chǎn)生新的有害污染物；光催化氧化甲醛需要紫外光作為光源，價(jià)格昂貴，壽命較短。熱催化氧化法目前被認(rèn)為是最有前景的甲醛消除方法，該方法可在室溫下就可以將甲醛分解為二氧化碳和水，具有環(huán)境友好、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，已成為本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的問題就是提供一種室溫催化氧化消除甲醛的負(fù)載型催化劑，其無需額外添加風(fēng)、光、熱、電等能源裝置，在室溫下可以將甲醛分解為二氧化碳和水，具有較高的甲醛消除效率。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案

該室溫消除甲醛的負(fù)載型催化劑以酸處理的二氧化鈦納米帶為載體，以鉑為活性組分，其制備方法如下：

（1）將二氧化鈦納米帶超聲分散在水溶液中，然后加入氯鉑酸水溶液，超聲分散均勻；再加入硼氫化鈉和氫氧化鈉的混合水溶液，繼續(xù)超聲分散，得到前驅(qū)體溶液。

（2）將步驟（1）中的前驅(qū)體溶液蒸發(fā)、干燥，得到負(fù)載型催化劑。

按照上述方案，所述二氧化鈦納米帶為帶狀結(jié)構(gòu)，寬度為50 nm～70 nm，長(zhǎng)度為5μm～30 μm。

按照上述方案，所述二氧化鈦納米帶的制備方法如下：首先將30 g～48 g氫氧化鈉溶于75 ml～120 ml水中，待溶解降溫后加入0.4 g～0.6 g二氧化鈦（P25），攪拌3 h～6 h，在190 oC～220 oC下水熱反應(yīng)24 h～72 h。將所得的沉淀物用去離子水洗滌至pH為7后干燥。再將所得樣品浸入0.1mol/L～1.0 mol/L鹽酸溶液中，充分?jǐn)嚢?2 h～36 h后，過濾洗滌至pH為7，然后在80 oC干燥10 h。 最后將所得產(chǎn)物在400 oC～650 oC下焙燒2 h～10 h，得到二氧化鈦納米帶。

按照上述方案，所述酸處理的二氧化鈦納米帶的制備方法如下：將權(quán)利要求3中未焙燒的產(chǎn)物浸入0.02 mol/L～0.1 mol/L的硫酸溶液中充分?jǐn)嚢? h～10 h，在100 oC～150 oC下水 熱反應(yīng)12 h～24 h。過濾洗滌至pH為7后在80 oC下干燥10 h。 最后將所得產(chǎn)物在400 oC～650 oC下焙燒2 h～10 h，得到酸處理二氧化鈦納米帶。

按照上述方案，所述催化劑上活性組分鉑的負(fù)載量為0.5%～1.5%，鉑的粒徑為2 nm～4 nm，以金屬態(tài)和離子態(tài)共存。

按照上述方案，所述的室溫消除甲醛的負(fù)載型催化劑，其特征在于步驟 (1) 中所述硼氫化鈉的濃度為0.1 mol/L，氫氧化鈉的濃度為0.5 mol/L，混合水溶液的量為3 ml～6 ml。

按照上述方案，所述的室溫消除甲醛的負(fù)載型催化劑，其特征在于步驟 (2) 中所述前驅(qū)體溶液蒸發(fā)，干燥為在氬氣氛圍中溫度60 oC～100 oC，干燥時(shí)間為8 h～12 h，干燥后得到粉末狀固體。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所提供的室溫消除甲醛的負(fù)載型催化劑中酸化處理得到的二氧化鈦納米帶表面粗糙，具有介孔結(jié)構(gòu)特征，這些特性有利于活性鉑物種的分散，并能提高催化劑活性比表面積，加速反應(yīng)物和產(chǎn)物在催化劑表面的擴(kuò)散。本發(fā)明所制備的負(fù)載型催化劑催化氧化甲醛效率高，并且催化劑上貴金屬鉑粒子與表面粗糙的二氧化鈦納米帶結(jié)合穩(wěn)固，長(zhǎng)期使用具有較好的穩(wěn)定性，有效地解決了一些消除甲醛技術(shù)中需要外加風(fēng)、光、熱、電等附加能源裝置的經(jīng)濟(jì)成本問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)例一得到的二氧化鈦納米帶的SEM照片。

圖2為本發(fā)明實(shí)例一得到的酸處理二氧化鈦納米帶的SEM照片。

圖3為本發(fā)明實(shí)例一得到的負(fù)載型催化劑的TEM照片。

圖4為本發(fā)明實(shí)例一得到的負(fù)載型催化劑中氧元素的高分辨率X射線光電子能譜。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例一

將48 g氫氧化鈉溶于120 ml水中，待溶解降溫后加入0.6 g 二氧化鈦（P25）充分?jǐn)嚢? h至混合均勻，然后將混合均勻的溶液轉(zhuǎn)移至150 ml的水熱反應(yīng)釜中，在200 oC下反應(yīng)72 h。將所得的沉淀物進(jìn)行去離子水洗滌，至pH=7左右后干燥。再將所得產(chǎn)品浸漬在0.1 mol/L鹽酸溶液中充分?jǐn)嚢?4 h后，洗滌，過濾，至洗滌液pH=7左右后在80 oC烘箱中干燥10 h，最后將所得到的樣品在600 oC高溫爐中焙燒2 h，得到二氧化鈦納米帶，該二氧化鈦納米帶SEM照片如圖1所示，二氧化鈦納米帶為帶狀形貌，寬度為50 nm～70 nm，長(zhǎng)度為5 μm～30 μm。

將上述未焙燒的樣品浸漬在0.02 M的硫酸溶液中充分?jǐn)嚢? h，至混合均勻，然后將混合均勻的溶液轉(zhuǎn)移至150 ml的水熱反應(yīng)釜中，在100 oC下反應(yīng)12 h。洗滌，過濾，至pH=7左右在80 oC干燥10 h。最后將得到的酸腐蝕鈦酸納米帶在600 oC高溫爐中焙燒2 h，得到酸處理二氧化鈦納米帶，該酸處理二氧化鈦納米帶SEM照片如圖2所示。如圖2可見，該二氧化鈦納米帶表面粗糙。

將0.6 g上述制得的酸處理二氧化鈦納米帶加入裝有10 ml去離子水的圓底燒瓶中，超聲分散20分鐘，用移液槍精確量取600 μl濃度為40 mg/ml (按鉑元素質(zhì)量計(jì)的濃度，下同)的氯鉑酸水溶液，逐滴加入到二氧化鈦溶液中，超聲分散30分鐘后，用移液槍量取3.5 ml硼氫化鈉和氫氧化鈉的混合水溶液加入到上述混合溶液中，繼續(xù)超聲30分鐘混合均勻后，蒸發(fā)，在100 oC鼓風(fēng)干燥箱中干燥10 h，經(jīng)瑪瑙研缽磨碎后即為負(fù)載型催化劑。所制備的催化劑中鉑元素的負(fù)載量以質(zhì)量計(jì)算為1%。

對(duì)本實(shí)施例制備的催化劑進(jìn)行表征檢測(cè)，圖3為本實(shí)施例制備的負(fù)載型催化劑的TEM圖像，可見鉑納米粒子高度分散在酸處理二氧化鈦納米帶上，鉑納米粒子的平均粒徑約為2.5 nm；圖4為本實(shí)施例得到的負(fù)載型催化劑中氧元素的高分辨率X射線光電子能譜（XPS），由圖可見，催化劑表面擁有豐富的羥基物種和缺陷氧物種。

將0.1 g本實(shí)施例制備的負(fù)載型催化劑在催化評(píng)價(jià)裝置固定床反應(yīng)器中進(jìn)行甲醛氧化反應(yīng)的催化性能評(píng)價(jià)。采用氣相色譜儀（TCD檢測(cè)器）分析反應(yīng)尾氣中的二氧化碳。催化劑的活性用二氧化碳的生成量來評(píng)價(jià)甲醛的轉(zhuǎn)化率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所制備的負(fù)載型催化劑在室溫下具有較高的甲醛催化氧化活性，可以將91.6%的甲醛完全轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。

實(shí)施例二

采用與實(shí)施例一相同的方法制備的酸處理二氧化鈦納米帶。

將0.6 g上述制得的酸處理二氧化鈦納米帶加入裝有10 ml去離子水的圓底燒瓶中，超聲分散20分鐘，用移液槍精確量取300 μl濃度為40 mg/ml (按鉑元素質(zhì)量計(jì)的濃度，下同) 的氯鉑酸水溶液，逐滴加入到二氧化鈦溶液中，超聲分散30分鐘后，用移液槍量取3.5 ml硼氫化鈉和氫氧化鈉的混合水溶液加入到上述混合溶液中，繼續(xù)超聲30分鐘混合均勻后，蒸發(fā)，在100 oC鼓風(fēng)干燥箱中干燥10 h，經(jīng)瑪瑙研缽磨碎后即為負(fù)載型催化劑。所制備的催化劑中鉑元素的負(fù)載量以質(zhì)量計(jì)算為0.5%。

采用與實(shí)施例一相同的方法對(duì)本實(shí)施例制備的負(fù)載型催化劑進(jìn)行表征測(cè)試和性能評(píng)價(jià)。所制備的負(fù)載型催化劑在室溫下可以將41.9% 的甲醛完全轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。

實(shí)施例三

采用與實(shí)施例一相同的方法制備的酸處理二氧化鈦納米帶。

將0.6 g上述制得的酸處理二氧化鈦納米帶加入裝有10 ml去離子水的圓底燒瓶中，超聲分散20分鐘，用移液槍精確量取900 μl濃度為40 mg/ml (按鉑元素質(zhì)量計(jì)的濃度，下同)的氯鉑酸水溶液，逐滴加入到二氧化鈦溶液中，超聲分散30分鐘后，用移液槍量取3.5 ml硼氫化鈉和氫氧化鈉的混合水溶液加入到上述混合溶液中，繼續(xù)超聲30分鐘混合均勻后，蒸發(fā)，在100 oC鼓風(fēng)干燥箱中干燥10 h，經(jīng)瑪瑙研缽磨碎后即為負(fù)載型催化劑。所制備的催化劑中鉑元素的負(fù)載量以質(zhì)量計(jì)算為1.5%。

采用與實(shí)施例一相同的方法對(duì)本實(shí)施例制備的負(fù)載型催化劑進(jìn)行表征測(cè)試和性能評(píng)價(jià)。所制備的負(fù)載型催化劑在室溫下具有較高的甲醛催化氧化活性，可以將100% 的甲醛完全轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。

實(shí)施例四

采用與實(shí)施例一相同的方法制備的二氧化鈦納米帶。

將0.6 g上述制得的二氧化鈦納米帶加入裝有10 ml去離子水的圓底燒瓶中，超聲分散20分鐘，用移液槍精確量取600 μl濃度為40 mg/ml (按鉑元素質(zhì)量計(jì)的濃度，下同) 的氯鉑酸水溶液，逐滴加入到二氧化鈦溶液中，超聲分散30分鐘后，用移液槍量取3.5 ml硼氫化鈉和氫氧化鈉的混合水溶液加入到上述混合溶液中，繼續(xù)超聲30分鐘混合均勻后，蒸發(fā)，在100 oC鼓風(fēng)干燥箱中干燥10h，經(jīng)瑪瑙研缽磨碎后即為負(fù)載型催化劑。所制備的催化劑中鉑元素的負(fù)載量以質(zhì)量計(jì)算為1.0%。

采用與實(shí)施例一相同的方法對(duì)本實(shí)施例制備的負(fù)載型催化劑進(jìn)行表征測(cè)試和催化性能評(píng)價(jià)。所制備的負(fù)載型催化劑在室溫下可以將39.6% 的甲醛完全轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。