一種負(fù)載型室溫空氣凈化非光催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及空氣凈化領(lǐng)域，特別涉及一種負(fù)載型室溫空氣凈化非光催化劑及其制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 進(jìn)入21世紀(jì)后，人們對于環(huán)保的一時越來越強(qiáng)，這種環(huán)保意識不僅體現(xiàn)在所處的 自然環(huán)境方面，對自己生活的環(huán)境也是如此；目前，生活環(huán)境中例如：裝修的新房、采購的 新車的異味以及越來越突出的環(huán)境污染，給人們的身體和生活帶來了危害，有機(jī)污染物是 工業(yè)污染及室內(nèi)空氣污染的主要物質(zhì)之一；近年來對有機(jī)污染物的去除成為環(huán)保領(lǐng)域的重 要議題，盡量減少有機(jī)污染物污染，創(chuàng)造一個綠色安全的生活環(huán)境成為人們追求的目標(biāo)。
[0003] 目前，各種的空氣凈化器內(nèi)部主要使用強(qiáng)吸附性多孔材料對有機(jī)污染物進(jìn)行物理 吸附和光催化材料對有機(jī)污染物分解；物理吸附材料雖能吸附很多細(xì)菌和微塵，但是其使 用壽命短，需要頻繁的更換，從而導(dǎo)致更換成本高；納米光催化材料主要以納米Ti02作為光 催化劑，但需要特定的激發(fā)光源(專利號ZL98115808. 0);關(guān)于室溫下非光催化氧化有機(jī)污 染物的催化劑也有報道（ZL2004100479737)，但是需要負(fù)載0. 5-1%的貴金屬，貴金屬的參 與大幅度提高了催化劑成本，不利于其廣泛推廣應(yīng)用。
[0004] 納米Mn02在常溫常壓下對有機(jī)污染物有催化氧化作用已有報道，但是納米二氧化 錳顆粒細(xì)小，其粉體結(jié)構(gòu)不利于后期實(shí)際應(yīng)用，故考慮將其與載體相結(jié)合，增加其實(shí)用性； 載體可以與催化劑發(fā)生相互作用，同時發(fā)揮吸附劑的效果和催化劑的催化效果；因此，對于 尋找一種對有機(jī)污染物的降解效率高、價格低廉、節(jié)能環(huán)保的實(shí)用型負(fù)載材料，對于室內(nèi)空 氣凈化領(lǐng)域有著十分重要的意義；吸附類載體的高比表面積和強(qiáng)吸附性，將污染物有效聚 集于材料表面，在催化劑表面形成局部高濃度，提高了污染物與催化劑的接觸幾率，為催化 劑的持續(xù)降解提供了可能。
[0005] 將納米Mn02用于非光催化氧化有機(jī)污染物降解的研宄很多，但載體一般采用活性 炭，眾所周知，活性炭的成本高；本發(fā)明制備了復(fù)合型吸附材料，負(fù)載納米二氧化錳，應(yīng)用于 有機(jī)污染物的吸附降解中，替代了價格較貴的活性炭載體，不僅提高了催化降解活性，且節(jié) 約了制備成本，提升了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種負(fù)載型室溫空氣 凈化非光催化劑及其制備方法，該催化劑使用方便，無需增加附屬設(shè)備，確?？諝鈨艋Ч?好，同時大大降低了制備成本。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明設(shè)計了一種負(fù)載型室溫空氣凈化非光催化劑，以 重量百分比計包括以下組分： 納米二氧化錳：1-60%，過渡元素氧化物：0-3%，稀土元素氧化物：0-6%，其余為具有 微孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合吸附材料，納米二氧化錳粒徑為30-50nm，復(fù)合吸附材料的比表面積為 70-450m2/g，平均孔徑為 20-120nm，孔容為 0. 35-1. 25ml/g; 復(fù)合吸附材料中各組分以重量百分比計包括：娃藻土 ：30_50%，海泡石：25_45%，分子 篩：25-35%，硅膠：0-10%，膨潤土 ：5-10%，各組分之和等于100% ; 技術(shù)效果：本發(fā)明中載體采用具有微孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合吸附材料，能夠吸附各種異臭味和 有害氣體，提高活性組分的分散，增加催化劑的凈化能力；使用吸附劑型的載體不僅能夠增 加負(fù)載型材料的比表面積，使催化劑微粒分散，還能夠使活性組分的反應(yīng)接觸面積增大； 通過復(fù)合吸附材料強(qiáng)大的吸附性能，使污染物富集到活性組分表面，增大了反應(yīng)物濃 度，且能夠避免催化反應(yīng)過程中的中間產(chǎn)物游離或揮發(fā)，從而有效保證了催化反應(yīng)的快速 進(jìn)行；載體將納米二氧化錳固定在表面，對氧化催化劑的循環(huán)使用、節(jié)約、環(huán)保和增大經(jīng)濟(jì) 效益有很重要的意義； 吸附劑類載體種類繁多，多具有豐富的孔結(jié)構(gòu)；載體自身的結(jié)構(gòu)和性能對二氧化錳的 降解能力會產(chǎn)生很大的影響，如使用硅藻土、海泡石、分子篩、硅膠或膨潤土作為二氧化錳 的載體時，其界面表面性質(zhì)不同，會導(dǎo)致二氧化錳的催化活性有很大差異； 由于硅藻土由大量多孔質(zhì)二氧化硅成分構(gòu)成，具有很強(qiáng)的吸附能力，本身具有消除異 味的功能，保持室內(nèi)清潔；可去除硫化氫和氨等臭味氣體，殺滅有害細(xì)菌，并預(yù)防疾病的傳 播；在汽車內(nèi)室使用，可清除汽車內(nèi)裝飾產(chǎn)品散發(fā)的有害氣味，同時清除體味、油類、煙氣或 因暈車嘔吐產(chǎn)生的氣味；在居室中使用，可去除油膩、吸煙等異味，同時殺滅有害微生物； 硅藻土載體表面的羥基吸附溶液中的Mn2+使水解產(chǎn)生的堿式氧化錳等粒子生長于載體表 面，這樣就在載體表面形成了二氧化錳的前驅(qū)體薄膜，再經(jīng)脫水、灼燒等工序得到負(fù)載型納 米二氧化錳； 海泡石是一種高比表面、表面性能獨(dú)特的催化劑載體，因?yàn)楹Ｅ菔軌蛱峁┴S富的負(fù) 載空隙和豐富的表面官能團(tuán)，與物理負(fù)載相比，能夠?qū)Υ呋瘎┑姆稚┘敖Y(jié)合后的表面勢 能產(chǎn)生很大影響；以海泡石為載體合成的二氧化錳對催化氧化反應(yīng)有很高的選擇性和反應(yīng) 速率； 分子篩是一種具有微孔結(jié)構(gòu)的吸附材料，能夠吸附各種異臭味和有害氣體，然后利用 其中具有空氣凈化功能的催化劑和異臭有害氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而將異臭氣體除去；分子篩 表面的硅氧鍵中氧有額外電子可參與成鍵，若與錳結(jié)合成錳氧鍵，不僅能夠改善負(fù)載的牢 固性，更對Mn02催化劑的分散有利； 同樣，硅膠載體表面的硅氧鍵也促進(jìn)了Mn02催化劑的分散有利； 膨潤土是以蒙脫石為主的含水粘土礦，由于它具有特殊的性質(zhì)，如膨潤性、粘結(jié)性、吸 附性、催化性、觸變性、懸浮性以及陽離子交換性；在物理吸附和促進(jìn)此02催化劑分散的同 時，同時粘結(jié)劑的作用。
[0008] 作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方法： 進(jìn)一步的，前述的負(fù)載型室溫空氣凈化非光催化劑，以重量百分比計包括如下組分： 納米二氧化錳：20-35%，過渡元素氧化物：0. 75-1. 25%，稀土元素氧化物：1. 85-2. 50%，其余 為具有微孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合吸附材料，納米二氧化錳粒徑為40nm，復(fù)合吸附材料的比表面積為 320-360m2/g，平均孔徑為 80-110nm，孔容為 0? 85-1. 15ml/g。
[0009] 進(jìn)一步的，前述的負(fù)載型室溫空氣凈化非光催化劑，以重量百分比計包括如 下組分：納米二氧化猛為25-30%，過渡元素氧化物為1. 00-1. 10%，稀土元素氧化物為 2. 00-2. 20%，其余為具有微孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合吸附材料，納米二氧化錳粒徑為40nm，復(fù)合吸附材 料的比表面積為330-350m2/g，平均孔徑為85-106nm，孔容為0. 95-1. 10ml/g; 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，當(dāng)納米二氧化錳為25-30%，過渡元素氧化物為1. 00-1. 10%， 稀土元素氧化物為2. 00-2. 20%，其余為具有微孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合吸附材料，納米二氧化錳 粒徑為40nm，復(fù)合吸附材料的比表面積為330-350m2/g，平均孔徑為85-106nm，孔容為 0. 95-1. 10ml/g時，取60. 24mg制得的催化劑置于反應(yīng)器中，在室溫條件下，甲醛的轉(zhuǎn)化率 是100%，持續(xù)時間是20小時，隨催化氧化時間的延長，納米二氧化錳對甲醛的去除率降低， 但是反應(yīng)46小時后，該催化劑對甲醛的去除率仍在50%以上； 由此可見，此優(yōu)選方案中，吸附類載體的高比表面積和強(qiáng)吸附性，將污染物有效聚集于 材料表面，在催化劑表面形成局部高濃度，大大提高了污染物與催化劑的接觸幾率，為催化 劑的持續(xù)降解提供了保證。同時，凈化有效工作時間區(qū)間大大提高，獲得了意想不到的技術(shù) 效果，對甲醛、乙醛、揮發(fā)性有機(jī)溶劑、多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物都有很好的去除效果。
[0010] 前述的負(fù)載型室溫空氣凈化非光催化劑，各組分適用的原料如下： 過渡元素氧化物包括銀氧化物、鋅氧化物或銅氧化物； 稀土元素氧化物包括鑭氧化物、鈰氧化物、鐠氧化物或釹氧化物。
[0011] 本發(fā)明還設(shè)計了一種負(fù)載型室溫空氣凈化非光催化劑的制備方法，包括如下步 驟： ㈠按組分要求稱取各組分并混合制得復(fù)合吸附材料，其中硅藻土 ：30-50%，海泡石： 25-45%，分子篩：25-35%，硅膠：0-10%，膨潤土 ：5-10%，各組分之和等于100% ;并將復(fù)合吸附 材料制作成20-40目的顆粒狀，在100°C下干燥1.5小時，然后自然狀況下冷卻備用； (二）配制可溶性高錳酸鹽溶液，向其中加入復(fù)合吸附材料顆粒，搖勻后靜置，直至溶液 中的紫色褪去，過濾出復(fù)合吸附材料，室溫下自然干燥至顆粒不互相粘連，隨后在l〇〇°C下 干燥1小時備用；