一种室温催化氧化甲醛的纳米锰催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于室温催化氧化甲醛的纳米锰催化剂及其制备方法。该纳米锰催化剂包括氧化物载体及其负载在氧化物载体的活性组分MnO2，其中氧化物载体占纳米锰催化剂的质量分数为0～85%，活性组分MnO2占纳米锰催化剂的质量分数为15～100%，表面活性剂占纳米锰催化剂的质量分数为0～15%。该催化剂在室温条件下即可实现甲醛完全氧化为二氧化碳和水，催化效率高、稳定性好、使用寿命长，反应120h后，甲醛去除率依然保持82%以上，无二次污染；无需提供如光源、热源等复杂的设备和外在条件；成本低廉，生产工艺简单、可行，应用前景广阔。

A nanoscale manganese catalyst for catalytic oxidation of formaldehyde at room temperature and its preparation method

The invention provides a nanoscale manganese catalyst for catalytic oxidation of formaldehyde at room temperature and a preparation method. The catalyst comprises nanometer manganese oxide carrier and load in active oxides of MnO2, the mass fraction of nano manganese oxide carrier catalyst is 0 ~ 85%, the active components of MnO2 mass fraction of nano manganese catalyst is 15 ~ 100%, the surfactant mass fraction of nano manganese catalyst is 0 ~ 15%. The catalyst at room temperature can realize complete oxidation of formaldehyde into carbon dioxide and water, high catalytic efficiency, good stability, long service life, after 120h reaction, the removal rate of formaldehyde remains above 82%, no two pollution; no need to provide a heat source such as light source, complex equipment and low cost, the production of external conditions; the process is simple and feasible, broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种室温催化氧化甲醛的纳米锰催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种纳米催化剂，更具体地，涉及一种用于室温催化氧化甲醛的纳米锰催化剂，本专利技术设计的催化剂具有较好的催化氧化甲醛性能，室温条件下即可将甲醛完全氧化为二氧化碳和水。
技术介绍
甲醛（HCHO）是最严重的污染物之一，来源广、污染时间长、毒性极强，通过呼吸道和皮肤进入人体后，会对人体呼吸系统、肝脏系统和器官造成致畸、致癌、致突变等永久性伤害。据统计，装修后1～6个月内，甲醛超标率居达80%，会议室和办公接近100%；装修3年后，超标率都仍达50%以上。人们在生活和工作的时间长达70%以上，环境的质量对人们身体健康非常重要。近年来，国家质量监督检验检疫总局就联合有关部门，颁布了《民用建筑工程环境污染控制规范》国家标准（gb50325—2001）和《装饰装修材料有害物质限量》10项强制性国家标准，新《中华人民共和国大气污染防治法》也已于2016年1月1日起施行，甲醛污染控制管理工作已成为污染控制的重中之重。目前，常用的治理甲醛污染的空气净化技术有吸附技术、等离子催化技术、臭氧氧化技术、光催化降解污染物技术等。吸附技术操作简单，但是吸附剂需要定期更换，易造成二次污染；等离子催化技术常温常压条件下可降解甲醛，但是会产生一氧化碳和氮氧化物等副产物产生二次污染，且设备价格昂贵；臭氧氧化技术存在着所需臭氧浓度高、可能产生毒性更强的中间副产物、效率低、作用对象有限、对难降解物质效果不明显、残余臭氧二次污染等问题；光催化降解技术是目前研究较广的空气净化技术，具有优异的净化效果，但这类催化剂制备方法复杂、技术要求严格，且光催化降解技术需要特定的激发光源。催化氧化法被公认为是最有效和有着巨大应用前景的彻底消除甲醛的手段之一，在远低于直接氧化温度下可实现对甲醛的处理，净化效率高、应用范围广、设备简单、能耗低、没有二次污染。近年来，催化氧化技术在甲醛降解方面也有了新的进展和突破。中国专利技术专利CN103894194A公布了一种室温去除甲醛的负载型催化剂，该催化剂以暴露晶面为{220}和{200}面的纳米棒状二氧化铈为载体，以贵金属金为活性组分，经干燥、煅烧、研磨得到负载型催化剂，该催化剂可将甲醛快速的氧化为二氧化碳和水，但是该催化剂存在活性组分金价格昂贵、催化剂制备过程复杂、不适用于大规模生产等缺点；中国专利技术专利CN105854592A公布了一种净化空气材料及其制备方法和应用，材料以铝或铝合金为基材负载水钠锰矿结构的锰氧化物，可在室温条件下快速分解空气中的甲醛或臭氧，但是该方法存在室温条件下甲醛降解率低于80%、催化材料寿命短、稳定性差等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种室温催化氧化低浓度甲醛的纳米锰催化剂。本专利技术的第二个目的是提供上述室温催化氧化甲醛的纳米锰催化剂的制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现的：一种用于室温催化氧化甲醛的纳米锰催化剂，利用过锰酸盐与二价锰盐的归中反应将活性组分MnO2原位负载沉积到氧化物载体材料上，所述纳米锰催化剂包括氧化物载体及其负载在氧化物载体的活性组分MnO2，其中氧化物载体占纳米锰催化剂的质量分数为0～85%，活性组分MnO2占纳米锰催化剂的质量分数为15～100%，表面活性剂占纳米锰催化剂的质量分数为0～15%。优选地，所述过锰酸盐为高锰酸钙、高锰酸钾、锰酸钾、高锰酸锂、高锰酸钠、高锰酸钡中的一种或任意组合。优选地，所述氧化物载体为氧化铝、氧化铈、氧化锆、氧化硅、拟薄水铝石中的一种或任意组合。优选地，所述表面活性剂选自二乙醇胺、三乙醇胺、聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇中的一种或任意组合。优选地，所述二价锰盐为硫酸锰、氯化锰、草酸锰、碳酸锰、乙酸锰中的一种或任意组合。本专利技术还提供所述的室温催化氧化甲醛的纳米锰催化剂制备方法，包括以下步骤：S1.称量表面活性剂，溶于水中，加入氧化物载体，继续搅拌，浸渍制得溶液；S2.制备过锰酸盐水溶液，在搅拌条件下将过锰酸盐水溶液逐滴加入到步骤S1制得的溶液中，搅拌，制得混合溶液；S3.制备二价锰盐水溶液，在搅拌条件下将二价锰盐水溶液逐滴加入到步骤S2所述混合溶液中，反应后制得混合物；S4.所述混合物溶液经过滤、洗涤、干燥后即制得纳米锰催化剂。优选地，步骤S1所述氧化物载体、过锰酸盐、表面活性剂的质量分数比为1：0.2～1：0.05～0.2；所述水的用量为每克氧化物载体添加50～300ml；所述搅拌时间0.5～5h。优选地，，所述过锰酸盐与二价锰盐的质量比为1：0.2～2.2；；反应时间5～24h。优选地，，步骤S4所述干燥温度70～200℃，干燥时间1～24h。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：（1）本专利技术催化剂制备过程简单、操作方便，催化材料价格低廉；（2）本专利技术催化剂不需要提供特定光源、额外电力热力，节约能源；（3）本专利技术催化剂可有效用于室温条件下催化氧化甲醛，将甲醛转化为无害的二氧化碳和水，在110h内甲醛转化率维持88%以上。附图说明图1为各实施例和对比例室温催化氧化甲醛的降解率图。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的简单修改或替换，均属于本专利技术的范围；若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。实施例1一种室温催化氧化甲醛纳米锰催化剂，以氧化铝为载体。具体制备步骤如下：（1）称取密度为1.27g/mL的聚乙二醇0.4ml，超声搅拌溶于40ml去离子水中，倒入5g活性氧化铝载体搅拌浸渍0.5h制得混合溶液；（2）称取2.5g高锰酸钾，溶于40ml去离子水中，在搅拌条件下将高锰酸钾溶液逐滴加入到上述混合溶液中，继续搅拌2h；（3）称取3.7g硫酸锰，溶于20ml去离子水，在搅拌条件下将硫酸锰溶液逐滴加入到上述混合溶液中，继续搅拌12h后制得混合物溶液；（4）该混合物溶液经过滤、洗涤、105oC烘箱中干燥10h后即可制得甲醛催化氧化催化剂Cat.1。实施例2一种室温催化氧化甲醛纳米锰催化剂，以拟薄水铝石为载体。具体制备步骤如下：（1）称取十六烷基三甲基溴化铵0.5g，超声搅拌溶于40ml去离子水中，倒入5g拟薄水铝石载体搅拌0.5h制得混合溶液；（2）称取2.5g高锰酸钾，溶于40ml去离子水中，在搅拌条件下将高锰酸钾溶液逐滴加入到上述混合溶液中，继续搅拌2h；（3）称取3.9g氯化锰，溶于20ml去离子水，在搅拌条件下将氯化锰溶液逐滴加入到上述混合溶液中，继续搅拌12h后制得混合物溶液；（4）该混合物溶液经过滤、洗涤、105oC烘箱中干燥10h后即可制得甲醛催化氧化催化剂Cat.2。实施例3一种室温催化氧化甲醛纳米锰催化剂，以氧化锆为载体。具体制备步骤如下：（1）称取聚乙烯醇0.8g，超声搅拌溶于40ml去离子水中，倒入5g聚乙烯醇载体搅拌2h制得混合溶液；（2）称取2.5g高锰酸钾，溶于40ml去离子水中，在搅拌条件下将高锰酸钾溶液逐滴加入到上述混合溶液中，继续搅拌2h；（3）称取3.1g草酸锰，溶于20ml去离子水，在搅拌条件下将氯化锰溶液逐滴加入到上述混合溶液中，继续搅拌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于室温催化氧化甲醛的纳米锰催化剂，其特征在于，利用过锰酸盐与二价锰盐的归中反应将活性组分MnO2原位负载沉积到氧化物载体材料上，所述纳米锰催化剂包括氧化物载体及其负载在氧化物载体的活性组分MnO2，其中氧化物载体占纳米锰催化剂的质量分数为0～85%，活性组分MnO2占纳米锰催化剂的质量分数为15～100%，表面活性剂占纳米锰催化剂的质量分数为0～15%。

【技术特征摘要】
1.一种用于室温催化氧化甲醛的纳米锰催化剂，其特征在于，利用过锰酸盐与二价锰盐的归中反应将活性组分MnO2原位负载沉积到氧化物载体材料上，所述纳米锰催化剂包括氧化物载体及其负载在氧化物载体的活性组分MnO2，其中氧化物载体占纳米锰催化剂的质量分数为0～85%，活性组分MnO2占纳米锰催化剂的质量分数为15～100%，表面活性剂占纳米锰催化剂的质量分数为0～15%。2.根据权利要求1所述的室温催化氧化甲醛的纳米锰催化剂，其特征在于,所述过锰酸盐为高锰酸钙、高锰酸钾、锰酸钾、高锰酸锂、高锰酸钠、高锰酸钡中的一种或任意组合。3.根据权利要求1所述的室温催化氧化甲醛的纳米锰催化剂，其特征在于，所选氧化物载体为氧化铝、氧化铈、氧化锆、氧化硅、拟薄水铝石、水合氧化铝中的一种或任意组合。4.根据权利要求1所述的室温催化氧化甲醛的纳米锰催化剂，其特征在于，表面活性剂为二乙醇胺、三乙醇胺、聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇中的一种或任意组合。5.根据权利要求1所述的室温催化氧化甲醛的纳米锰催化剂，其特征在于，二价锰盐为硫酸锰、氯化锰...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海保，方瑞梅，叶信国，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44