室温除甲醛和TVOC的催化剂及其制备方法

摘要

本发明属于空气净化领域，具体涉及一种室温除甲醛和TVOC的催化剂及其制备方法。所述的室温除甲醛和TVOC的催化剂以Ag、Pt作为活性组分，以高岭土和活性炭组成的复合材料经偶联剂偶联后形成的偶联改性材料为载体；所述的高岭土的质量含量占复合材料的40‑60％，活性炭的质量含量占复合材料的40‑60％；所述的活性组分的质量含量为催化剂总量的0.1‑1％。本发明经过海量的实验探索，得到了以大豆活性炭和高岭土的复合材料偶联后的偶联性材料为载体，并以Ag和pt为活性材料，得到的催化剂具有良好的吸附效果。

权利要求

1.一种制备室温除甲醛和TVOC的催化剂的方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)：复合材料的制备：

a：活性炭的制备：将大豆颗粒粉粹至过20目筛，然后加入质量浓度为40％的氯化锌溶液，按固液比1:3浸渍，浸渍结束后转移到烘箱中进行烘干，然后转移到马弗炉中进行活化，活化过程完成后，用蒸馏水将样品洗至中性，烘干冷却，即得到大豆活性炭；

b：高岭土和活性炭复合材料载体的制备：取适量的高岭土和大豆活性炭加入蒸馏水和粘合剂，搅拌混合均匀后，放入烘箱中烘干，然后将样品放入马弗炉中活化2-4h，取出样品冷却至室温，即得到载体高岭土和活性炭复合材料；所述的高岭土的质量含量占复合材料的40-60％，活性炭的质量含量占复合材料的40-60％；

2)活性组分的上载：取所需量的载体，加入3倍吸水率的蒸馏水中，然后加入适量的硅烷偶联剂，搅拌均匀后加入所需量的硝酸银或者氯酸铂溶液，充分搅拌2-4h，然后用碱性溶液调节pH至9左右，继续搅拌2h后将样品抽滤分离，将所得滤饼烘干然后转移到马弗炉中，在空气氛围下550℃焙烧3-4h，待样品冷却至室温后转移到管式炉中，在氢气气氛下升温至

350℃还原至少2h，待样品冷却至室温后用体积比为1％O2/N2混合气吹扫至少2h，即得到所需催化剂；所述的活性组分的质量含量为催化剂总量的0.1-1％。

说明书

室温除甲醛和TVOC的催化剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于空气净化领域，具体涉及一种室温除甲醛和TVOC的催化剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 室内污染气体主要有甲醛和TVOC，主要是由室内装修和家具释放出来的，据调查，我国室内空气中甲醛和TVOC普遍超标，尤其是新装修的房子，长时间处在甲醛和TVOC超标的环境中会对人身体造成严重伤害。甲醛对人的皮肤、眼睛、鼻腔和呼吸道粘膜都有刺激性伤害，甚至致癌；TVOC是总挥发性有机物，包括苯、甲苯、二甲苯、酯类、氯代烃等，种类繁多，对人体造成慢性伤害，严重损害肝、肾、神经组织和免疫系统。因此，净化室内空气，去除甲醛和TVOC尤为重要。

[0003] 因而，室温去除甲醛和TVOC成为研究的新热点，专利CN200910047376.7公开了一种空气中甲醛低温催化氧化消除催化剂，其特征在于该催化剂含有氧化锰，助剂稀土氧化物、碱土金属氧化物等。专利CN201310704279.7公开了一种室温甲醛净化的催化剂，其特征在于载体为二氧化铈纳米立方块，负载的金属组分为纳米钯，通过沉积沉淀法得到负载型催化剂。专利CN200910211847.3公开了一种混合氧化物催化剂用于催化氧化VOC等有害空气成分，氧化物负载于惰性多孔无机氧化物上，其特征在于混合氧化物催化剂包括Mn、Cu和稀土金属的混合氧化物。专利CN201410414498.6公开了一种降解VOC的纳米二氧化钛光催化剂。专利200710148491.4公开了一种室内空气中TVOC的清除剂，其特征在于包括生物表面活性剂的载体溶液以及溶于所述载体溶液的微孔物质，所述为微孔物质和生物表面活性剂结合生成难挥发的高分子聚合物，进而形成一层吸附性网状膜，用于吸收室内空气中的TVOC。但是现有的室温去除甲醛和TVOC的过程中均存在催化效率低的或者载体相对难以制备的问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种室温除甲醛和TVOC的催化剂及其制备方法。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

[0006] 一种室温除甲醛和TVOC的催化剂，以Ag、Pt作为活性组分，以高岭土和活性炭组成的复合材料经偶联剂偶联后形成的偶联改性材料为载体；所述的高岭土的质量含量占复合材料的40-60％，活性炭的质量含量占复合材料的40-60％；所述的活性组分的质量含量为催化剂总量的0.1-1％。

[0007] 所述的活性炭为大豆活性炭。

[0008] 所述的偶联剂为硅烷偶联剂；所述的硅烷偶联剂的质量含量占所述的偶联改性材料的0.2-2％。

[0009] 本发明还包括一种制备所述的室温除甲醛和TVOC的催化剂的方法，其特征在于，包括下述步骤：

[0010] 1)：复合材料的制备：

[0011] a：活性炭的制备：将大豆颗粒粉粹至过20目筛，然后加入质量浓度为40％的氯化锌溶液，按固液比1:3浸渍，浸渍结束后转移到烘箱中进行烘干，然后转移到马弗炉中进行活化，活化过程完成后，用蒸馏水将样品洗至中性，烘干冷却，即得到大豆活性炭；

[0012] b：高岭土和活性炭复合材料载体的制备：取适量的高岭土和大豆活性炭加入蒸馏水和粘合剂，搅拌混合均匀后，放入烘箱中烘干，然后将样品放入马弗炉中活化2-4h，取出样品冷却至室温，即得到载体高岭土和活性炭复合材料；

[0013] 2)活性组分的上载：取所需量的载体，加入3倍吸水率的蒸馏水中，然后加入适量的硅烷偶联剂，搅拌均匀后加入所需量的硝酸银或者氯酸铂溶液，充分搅拌2-4h，然后用碱性溶液调节pH至9左右，继续搅拌2h后将样品抽滤分离，将所得滤饼烘干然后转移到马弗炉中，在空气氛围下550℃焙烧3-4h，待样品冷却至室温后转移到管式炉中，在氢气气氛下升温至350℃还原至少2h，待样品冷却至室温后用体积比为1％O2/N2混合气吹扫至少2h，即得到所需催化剂。

[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0015] 本发明中以大豆活性炭和高岭土的复合材料经偶联剂偶联后形成的偶联改性材料为载体。由于大豆活性炭比表面丰富，孔隙结构发达，孔径分布广，微孔、中孔、大孔均很发达，可以牢牢吸附不同大小的气体分子，更易吸附甲醛和TVOC。而高岭土的主要成分是氧化铝和二氧化硅，质软且具有高粘结性和良好的可塑性，可以和大豆活性炭更好的混合，焙烧后的高岭土比表面积大，稳定性好，耐水性好，因此可以有效提高催化剂的寿命。同时，本发明经过海量的实验探索，得到了以大豆活性炭和高岭土的复合材料偶联后的偶联性材料为载体，并以Ag和pt为活性材料，得到的催化剂具有良好的吸附效果。

具体实施方式

[0016] 为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合-最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0017] 实施例1：

[0018] (1)高岭土和活性炭复合材料载体的制备方法：

[0019] 大豆活性炭的制备：将大豆颗粒粉粹至过20目筛，然后加入浓度为40％的氯化锌，按固液比1:3浸渍，浸渍10h后转移到烘箱内，100℃烘干3h，然后转移到马弗炉中以10℃/min的速度升至350℃并保持1h然后以10℃/min的速度升至600℃并保持1h，活化过程完成后，用蒸馏水将样品洗至中性，然后放到烘箱中100℃烘干2h，取出样品冷却至室温，即得到大豆活性炭；

[0020] 高岭土和活性炭复合材料载体的制备：取8g高岭土和12g大豆活性炭加入30g蒸馏水和5g羧甲基纤维素，搅拌混合均匀后，放入烘箱中100℃烘干，然后将样品放入马弗炉中300℃活化4h，取出样品冷却至室温，即得到载体高岭土和活性炭复合材料；

[0021] (2)活性组分的上载：取10g上述载体，加入到50g的蒸馏水中，然后加入0.04g的硅烷偶联剂，搅拌均匀后加入0.02g硝酸银，充分搅拌2h，然后用氢氧化钠溶液调节pH至9左右，继续搅拌2h后将样品抽滤分离，将所得滤饼烘干然后转移到马弗炉中，在空气氛围下550℃焙烧3h，待样品冷却至室温后转移到管式炉中，在氢气气氛下升温至350℃还原2h，待样品冷却至室温后用体积比为1％O2/N2混合气吹扫2h，即得到所需催化剂，编号为CAT1。

[0022] 实施例2

[0023] 实施例2与实施例1的制备方法相同，区别仅在于，活性组分的上载的步骤中，加入0.2g的硅烷偶联剂，且加入0.15g硝酸银，即得到所需催化剂，编号为CAT2。

[0024] 实施例3

[0025] 实施例3与实施例1的制备方法相同，区别仅在于，活性组分的上载的步骤中，加入0.2g的硅烷偶联剂,加入5ml 0.01mol/L的氯铂酸溶液，即得到所需催化剂，编号为CAT3。

[0026] 实施例4

[0027] 实施例4与实施例1的制备方法相同，区别仅在于，活性组分的上载的步骤中，加入30ml 0.01mol/L的氯铂酸溶液，即得到所需催化剂，编号为CAT4。

[0028] 实施例5

[0029] 实施例5与实施例1的制备方法相同，区别仅在于，高岭土和活性炭复合材料载体的制备过程中，取8g高岭土和12g大豆活性炭活性进行复合材料的制备，即得到所需催化剂，编号为CAT5。

[0030] 实施例6

[0031] 实施例6与实施例5的制备方法相同，区别仅在于，活性组分的上载的步骤中，加入0.2g的硅烷偶联剂，搅拌均匀后加入0.15g硝酸银,即得到所需催化剂，编号为CAT6。

[0032] 实施例7

[0033] 实施例7与实施例5的制备方法相同，区别仅在于，活性组分的上载的步骤中，0.2g的硅烷偶联剂，搅拌均匀后加入5ml 0.01mol/L的氯铂酸溶液,即得到所需催化剂，编号为CAT7。

[0034] 实施例8

[0035] 实施例8与实施例5的制备方法相同，区别仅在于，活性组分的上载的步骤中，加入0.04g的硅烷偶联剂，搅拌均匀后加入30ml 0.01mol/L的氯铂酸溶液,即得到所需催化剂，编号为CAT8。

[0036] 对比例1

[0037] 制备常规的Ag/高岭土催化剂，目的是与实施例2对比。

[0038] 取10g高岭土，加入到50g的蒸馏水中，然后加入0.2g的硅烷偶联剂，搅拌均匀后加入0.15g硝酸银，充分搅拌2h，然后用氢氧化钠溶液调节pH至9左右，继续搅拌2h后将样品抽滤分离，将所得滤饼烘干然后转移到马弗炉中，在空气氛围下550℃焙烧3h，待样品冷却至室温后转移到管式炉中，在氢气气氛下升温至350℃还原2h，待样品冷却至室温后用体积比为1％O2/N2混合气吹扫2h，即得到所需催化剂，编号为CAT9。

[0039] 对比例2

[0040] 制备常规的Pt/高岭土催化剂，目的是与实施例4对比。

[0041] 取10g高岭土，加入到50g的蒸馏水中，然后加入0.2g的硅烷偶联剂，搅拌均匀后加入30ml 0.01mol/L的氯铂酸溶液，充分搅拌2h，然后用氢氧化钠溶液调节pH至9左右，继续搅拌2h后将样品抽滤分离，将所得滤饼烘干然后转移到马弗炉中，在空气氛围下550℃焙烧3h，待样品冷却至室温后转移到管式炉中，在氢气气氛下升温至350℃还原2h，待样品冷却至室温后用体积比为1％O2/N2混合气吹扫2h，即得到所需催化剂，编号为CAT10。

[0042] 对比例3

[0043] 制备常规的Ag/C催化剂，目的是与实施例6对比。

[0044] 取10g普通活性炭，加入到50g的蒸馏水中，然后加入0.2g的硅烷偶联剂，搅拌均匀后加入0.15g硝酸银，充分搅拌2h，然后用氢氧化钠溶液调节pH至9左右，继续搅拌2h后将样品抽滤分离，将所得滤饼烘干然后转移到马弗炉中，在空气氛围下550℃焙烧3h，待样品冷却至室温后转移到管式炉中，在氢气气氛下升温至350℃还原2h，待样品冷却至室温后用体积比为1％O2/N2混合气吹扫2h，即得到所需催化剂，编号为CAT11。

[0045] 对比例4

[0046] 制备常规的Pt/C催化剂，目的是与实施例8对比。

[0047] 取10g普通活性炭，加入到50g的蒸馏水中，然后加入0.2g的硅烷偶联剂，搅拌均匀后加入30ml 0.01mol/L的氯铂酸溶液，充分搅拌2h，然后用氢氧化钠溶液调节pH至9左右，继续搅拌2h后将样品抽滤分离，将所得滤饼烘干然后转移到马弗炉中，在空气氛围下550℃焙烧3h，待样品冷却至室温后转移到管式炉中，在氢气气氛下升温至350℃还原2h，待样品冷却至室温后用体积比为1％O2/N2混合气吹扫2h，即得到所需催化剂，编号为CAT12。

[0048] 除甲醛和TVOC反应的评价条件：原料为100ppm的甲醛和100ppm的TVOC/高纯空气混合气，反应温度30℃，气体体积空速400min-1，催化剂粒径40-80目，取反应1h时的点进行取样分析，不同催化剂的对比数据如表1所示：

[0049] 表1

[0050]催化剂编号 CAT1 CAT2 CAT3 CAT4 CAT5 CAT6
甲醛和TVOC脱除率(％) 78.5 84.6 80.2 88.4 79.2 86.2
催化剂编号 CAT7 CAT8 CAT9 CAT10 CAT11 CAT12
甲醛和TVOC脱除率(％) 82.3 89.6 50.5 53.8 52.5 58.0

[0051] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。