一種室溫下消除甲醛的催化模塊及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于凈化空氣的環(huán)境催化材料及制備方法，屬于空氣凈化技術(shù)領(lǐng) 域，具體設(shè)及一種室溫下消除甲醒的催化模塊及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，甲醒在環(huán)境溫度下是一種無色、有刺激性氣味的有毒氣體，是室內(nèi)空氣 污染中毒性最強(qiáng)的污染物，甲醒被世界衛(wèi)生組織確定為致癌、致突變和致崎形的物質(zhì)，是公 認(rèn)的變態(tài)反應(yīng)源。甲醒對(duì)人的生存和健康帶來嚴(yán)峻威脅，當(dāng)空氣中甲醒濃度超過0.lOmg/ m3時(shí)可明顯刺激上呼吸道。甲醒對(duì)兒童和孕婦的危害更大，中國(guó)環(huán)境保護(hù)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯 示，90%的白血病患兒家中曾進(jìn)行過豪華裝修，每年死于豪華裝修的兒童高達(dá)210萬，70% 的孕婦流產(chǎn)和室內(nèi)甲醒超標(biāo)有關(guān)。我國(guó)《空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T18832-2002)規(guī)定，室內(nèi)甲 醒的最高允許濃度為0.lOmg/m3,室溫下約為0.07ppm。室內(nèi)空氣中的甲醒主要其主要源自 建筑裝飾和裝修材料，諸如家具、地板、墻面、Π窗等所用到的創(chuàng)花板、纖維板、膠合板、地板 膠、乳膠漆等裝飾材料，會(huì)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)緩慢、連續(xù)不斷的釋放甲醒，并在室內(nèi)不斷聚 集導(dǎo)致甲醒濃度超標(biāo)。因此，開發(fā)高效甲醒凈化技術(shù)，有效解決室內(nèi)甲醒污染成為室內(nèi)空氣 凈化的重要課題。
[0003] 室內(nèi)甲醒的消除方法主要有吸附、低溫等離子體、光催化、催化氧化及生物法等。 吸附法是利用多孔碳、分子篩、硅膠、氧化侶等材料的吸附性能吸附空氣中的甲醒，該方法 將甲醒富集在吸附劑中，沒有達(dá)到完全降解的目的，甲醒在吸附劑中逐漸富集達(dá)到吸附平 衡時(shí)吸附劑失效。
[0004] 催化氧化是甲醒行之有效的消除方法，能夠?qū)⒓仔蜒趸癁?amp;〇和c〇2。催化氧化 甲醒的催化劑主要有：WPt、PtAg、Au等為主的貴金屬體系，W及過渡金屬（Μη、Fe、Ni、 Co、化、化等）、稀±復(fù)合氧化物或混合物化a、Ce、Zr、化1、Sr、Pr等）為代表的非貴金屬 體系。Huang等（HuangH，LeungDYC'et.al.，ACSCatal，2011，（1)4:348 ~354)利用 化肌4還原法制備了Iwt%Pd/Ti〇2催化劑，在SV= 120000mL/(g·h)、相對(duì)濕度為50%及 室溫條件下可將10卵m的甲醒完全氧化。Park等（ParkSJ，BaeI，et.al.，Qiem.Eng. J，2012，195-196(0) :392~402)指出Mn可W顯著提高Pd/Beta催化劑的活性，在40°C 時(shí)（SV= 50000h1)可將甲醒徹底氧化。Zhang等狂hangC，HeH，et.al.，Catal.Today, 2007,126(3-4) :345 ~350)在Ti〇2表面負(fù)載不同貴金屬，Iwt%Pt/Ti〇2在 20°C及SV= SOOOOh1 可將lOOppm的甲醒完全氧化?；痭g等（PengJ，WangS.Appl.Catal.，B，2007， 74 (3-4) : 282~291)將0.6wt%Pt/Ti化用于甲醒催化氧化，催化劑在室溫及60°C時(shí)對(duì)甲醒 的轉(zhuǎn)化率分別為 40%、99.6%。Nie等（Nie以化J，et.al.，化viron.Sci.Technol，2013， 47化）：2777-2783)利用化滲雜的Pt/Ti〇2催化劑催化氧化甲醒，60min內(nèi)可將甲醒濃度由 253卵m降至15卵m。專利US5585083將12wt%Pt/Sn〇2催化劑用于消除空氣中甲醒，-5~ 25Γ下可將甲醒徹底氧化，高的貴金屬負(fù)載量使提高了催化劑成本，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。專 利CN1698932A利用Au/稀±氧化物催化氧化甲醒，但催化劑在較高的溫度下（80~100°C) 對(duì)甲醒有較好的催化活性，限制了催化劑的廣泛應(yīng)用。專利CN103127952A利用Ag/ZSM-5 在室溫條件下消除甲醒，沒有考察運(yùn)行時(shí)間、水蒸汽對(duì)催化性能的影響。專利CN101274281A 發(fā)明了一種Mo、化、Μη及Ti改性的Pt/Co-Ce-Sn/堇青石蜂窩狀催化劑，在18°C和相對(duì)濕 度為70%下對(duì)甲醒有較好的催化活性。專利CN102247842A公布了一種室溫下消除甲醒的 Pt/Ti〇2-Sn〇2/堇青石整體式催化劑，在室溫及環(huán)境濕度條件下對(duì)甲醒有較好的去除效果。 上述專利W直孔狀堇青石蜂窩作為載體骨架，限制了催化劑的廣泛應(yīng)用。 陽(yáng)0化]室溫下用于氧化甲醒的催化劑存在低溫活性差、壽命短及應(yīng)用范圍窄等缺點(diǎn)，現(xiàn) 有整體式催化模塊采用直孔狀堇青石蜂窩陶瓷為載體骨架，不利于反應(yīng)分子的吸附和產(chǎn)物 分子的脫附，降低了催化劑效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有3D孔道結(jié)構(gòu)、能在 室溫及環(huán)境濕度下消除甲醒的催化模塊，采用常規(guī)金屬氧化物和少量貴金屬作為催化模塊 的活性組分；催化模塊對(duì)甲醒氧化具有優(yōu)異的低溫活性和去除效率，同時(shí)具有高的穩(wěn)定性 和抗水性能，催化模塊前后的壓力損失低，適用于居室、辦公樓宇、學(xué)校、宿舍、商場(chǎng)、家具市 場(chǎng)、汽車等密閉、半密閉空間內(nèi)的空氣凈化。
[0007] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種制備上述催化模塊的制備方法，即一種具有3D 孔結(jié)構(gòu)的氧化甲醒用的催化模塊的制備方法，克服直孔型催化模塊在使用中的缺點(diǎn)。
[0008] 本發(fā)明采用W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的：一種室溫下消除甲醒的催化模塊， 其特征在于，包括骨架載體、涂層和催化劑層，
[0009] 所述骨架載體為具有Ξ維孔道的泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)，所述泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)內(nèi)具有多個(gè)孔 道，所述孔道相互貫通且交織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；
[0010] 所述涂層均勻涂覆在所述泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)內(nèi)的孔道表面及其外表面上，所述的催化 劑層高度分散在涂層上。
[0011] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可W做如下改進(jìn)：
[0012] 進(jìn)一步，所述泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為氧化侶、氧化儀、沸石、堇青石、莫來石、堇青 石-莫來石復(fù)合、碳化娃、氮化娃、氧化儀、錯(cuò)-莫來石、活性炭、氧化錯(cuò)和錯(cuò)剛玉其中的一種 或任意幾種的混合材質(zhì)，所述泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)內(nèi)孔道的布置方向?yàn)閄、Y和Z方向中的任一方 向；
[0013] 所述泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)的孔隙率為25~90%。
[0014] 進(jìn)一步，所述涂層的由涂層前驅(qū)體粉末制成，所述涂層前驅(qū)體粉末為Alz化、化2化、 Ti〇2、Si〇2、Ce〇2、Zr〇2、MgO、ZMS-5、分子篩、AP0、SAP0、活性炭、沸石、蒙脫石、娃藻±、海泡 石、凹凸棒±和膨潤(rùn)±中的一種或任意幾種的混合物或其中一種或任意幾種的復(fù)合氧化物 或其中一種或任意幾種改性后的材料，所述涂層的涂覆量為10~150g/L。
[0015] 采用上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果為涂層前驅(qū)體粉末與涂層，涂層前驅(qū)體粉末 經(jīng)過相應(yīng)的處理后得到最終涂層，涂層與骨架載體間有較強(qiáng)的結(jié)合力。
[0016] 進(jìn)一步，所述催化劑層包括活性組分和助劑組分，
[0017] 所述活性組分為Pd、Pt、化、Au、Ag或Ru中的任意一種或多種，所述活性組分由活 性組分前驅(qū)體粉末制成，所述活性組分前驅(qū)體粉末為具有上述元素的金屬單質(zhì)、氧化物、合 金、有機(jī)鹽或無機(jī)鹽中的一種或任意幾種的混合物，所述活性組分在涂層上的負(fù)載量按所 述活性組分中對(duì)應(yīng)金屬單質(zhì)的質(zhì)量計(jì)為0. 05~lOwt% ;
[0018]所述助劑組分為L(zhǎng)i、化、K、化、Cs、化、Fe、Co、Ni、Cu、Μη、Mo、Ti、Ce、Zr、Pr、Nd或 化中的任意一種或多種，所述助劑組分由助劑組分前驅(qū)體粉末制成，所述助劑組分前驅(qū)體 粉末為具有上述元素的金屬單質(zhì)、氧化物、合金、有機(jī)鹽或無機(jī)鹽中的一種或任意幾種的混 合物，所述助劑組分在涂層上的負(fù)載量按所述助劑組分中對(duì)應(yīng)金屬單質(zhì)的質(zhì)量計(jì)為0.1~ 20wt%。
[0019] 一種室溫下消除甲醒的催化模塊的制備方法，制備上述催化模塊，包括如下將涂 層通過真空涂覆方法涂覆在所述泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)表面，然后利用浸潰法或沉淀法在涂層表面 負(fù)載催化劑層從而得到該催化模塊的步驟，具體操作過程包括W下步驟：
[0020] (1)將涂層前驅(qū)體粉末10~40重量份、粘結(jié)劑0.1~20重量份、成膜助劑0.01~ 5重量份和去離子水混合均勻，所述去離子水與涂層前驅(qū)體粉末的質(zhì)量比為9 :1~6:4 ;將 混合均勻的漿液置于分散機(jī)上，在300~55化/min下分散20~60min;然后用質(zhì)量濃度為 5~20%的硝酸或鹽酸溶液將料漿的抑調(diào)節(jié)至抑=3~4,繼續(xù)分散10~30min;
[002U似將步驟（1)所得的漿液轉(zhuǎn)移到球磨機(jī)或砂磨機(jī)中打膠1~化后，轉(zhuǎn)移到真空 涂覆機(jī)儲(chǔ)料罐中，然后將泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)置于樣品倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行真空涂覆2~20min，利用壓縮空 氣吹掃孔道內(nèi)的多余料漿；
[0022] (3)取出步驟似涂覆漿液的泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)，置于25~40°C及相對(duì)濕度為45~ 90%條件下養(yǎng)護(hù)4~2地后，于60~120°C環(huán)境中干燥1~12h;后將經(jīng)過干燥的泡沫陶瓷 在200~550°C賠燒1~化，得到覆有涂層的泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)；
[0023] (4)配置活性組分溶液，將活性組分前驅(qū)體粉末溶解到去離子水中，然后在攬拌條 件下超聲10~60min，加入去離子水稀釋，稀釋后溶液的體積與泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)的體積之比 為1:1~3 :1，再加入保護(hù)劑，所述保護(hù)劑與活性組分前驅(qū)體粉末中貴金屬元素含量之比為 1:5~1:30,攬拌30~90min，得到活性組分浸潰液，其中活性組分對(duì)應(yīng)金屬單質(zhì)的濃度為 5~lOOmmol/mL;配置助劑組分溶液，將助劑組分前驅(qū)體粉末加入去離子水稀釋，稀釋后的 體積與泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)的體積之比為1:1~3 :1，得到助劑組分浸潰液，其中助劑組分質(zhì)量濃 度為10~50% ;
[0024] (5)將步驟（4)所得的活性組分浸潰液和助劑組分浸潰液均勻混合得到混合浸潰 液，將步驟（3)中得到的涂覆有涂層的泡沫陶瓷置于混合浸潰液中浸潰1~lOmin，在室溫 及環(huán)境濕度下陰干，在50~100°C干燥1~12h，然后在空氣或氮?dú)饣虬睔饬髦杏?00~ 550°C賠燒2~化得到催化模塊；
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