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一种室温下消除甲醛的催化模块制造技术

技术编号:13413231 阅读:98 留言:0更新日期:2016-07-26 10:34
本实用新型专利技术公开了一种室温下消除甲醛的催化模块,包括骨架载体、涂层和催化剂层,骨架载体为具有三维孔道的泡沫陶瓷结构,泡沫陶瓷结构内具有多个孔道,孔道相互贯通且交织成网状结构;涂层均匀涂覆在泡沫陶瓷结构内的孔道表面及其外表面上,催化剂层高度分散在涂层上。本实用新型专利技术在室温及环境湿度下可将低浓度甲醛氧化成H2O和CO2,具有优异的低温活性和去除效率,在空速SV=50000h-1对甲醛的去除效率保持在98%以上。其制备过程简单、贵金属负载量低,不需要光源和加热等附属设备。适用于居室、办公楼宇、学校、宿舍、商场、家具市场、汽车等密闭、半密闭空间内的空气净化。

【技术实现步骤摘要】


本技术涉及一种用于净化空气的环境催化材料,属于空气净化
,具体涉及一种室温下消除空气中甲醛的催化模块。

技术介绍

众所周知,甲醛在环境温度下是一种无色、有刺激性气味的有毒气体,是室内空气污染中毒性最强的污染物,甲醛被世界卫生组织确定为致癌、致突变和致畸形的物质,是公认的变态反应源。甲醛对人的生存和健康带来严峻威胁,当空气中甲醛浓度超过0.1mg/m3时可明显刺激上呼吸道。甲醛对儿童和孕妇的危害更大,中国环境保护协会统计数据显示,90%白血病患儿家中曾进行过豪华装修,每年死于豪华装修的儿童高达210万,70%的孕妇流产和室内甲醛超标有关。我国《空气质量标准》(GB/T18832-2002)规定,室内甲醛的最高允许浓度为0.10mg/m3,室温下约为0.07ppm。室内空气中的甲醛主要其主要源自建筑装饰和装修材料,诸如家具、地板、墙面、门窗等所用到的刨花板、纤维板、胶合板、地板胶、乳胶漆等装饰材料,会在相当长的时间内缓慢、连续不断的释放甲醛,并在室内不断聚集导致甲醛浓度超标。因此,开发高效甲醛净化技术,有效解决室内甲醛污染成为室内空气净化的重要课题。
室内甲醛的消除方法主要有吸附、低温等离子体、光催化、催化氧化及生物法等。吸附法是利用多孔碳、分子筛、硅胶、氧化铝等材料的吸附性能吸附空气中的甲醛,该方法将甲醛富集在吸附剂中,没有达到完全降解的目的,甲醛在吸附剂中逐渐富集达到吸附平衡时吸附剂失效。
催化氧化是甲醛行之有效的消除方法,能够将甲醛氧化为H2O和CO2。催化氧化甲醛的催化剂主要有:以Pt、Pd、Ag、Au等为主的贵金属体系,以及过渡金属(Mn、Fe、Ni、Co、Cu、Zn等)、稀土复合氧化物或混合物(La、Ce、Zr、Nd、Sr、Pr等)为代表的非贵金属体系。Huang等(HuangH,LeungDYC,et.al.,ACSCatal,2011,(1)4:348~354)利用NaBH4还原法制备了1wt%Pd/TiO2催化剂,在SV=120000mL/(g·h)、相对湿度为50%及室温条件下可将10ppm的甲醛完全氧化。Park等(ParkSJ,BaeI,et.al.,Chem.Eng.J,2012,195-196(0):392~402)指出Mn可以显著提高Pd/Beta催化剂的活性,在40℃时(SV=50000h-1)可将甲醛彻底氧化。Zhang等(ZhangC,HeH,et.al.,Catal.Today,2007,126(3-4):345~350)在TiO2表面负载不同贵金属,1wt%Pt/TiO2在20℃及SV=50000h-1可将100ppm的甲醛完全氧化。Peng等(PengJ,WangS.Appl.Catal.,B,2007,74(3-4):282~291)将0.6wt%Pt/TiO2用于甲醛催化氧化,催化剂在室温及60℃时对甲醛的转化率分别为40%、99.6%。Nie等(NieL,YuJ,et.al.,Environ.Sci.Technol,2013,47(6):2777-2783)利用Na掺杂的Pt/TiO2催化剂催化氧化甲醛,60min内可将甲醛浓度由253ppm降至15ppm。专利US5585083将12wt%Pt/SnO2催化剂用于消除空气中甲醛,-5~25℃下可将甲醛彻底氧化,高的贵金属负载量使提高了催化剂成本,限制了其应用领域。专利CN1698932A利用Au/稀土氧化物催化氧化甲醛,但催化剂在较高的温度下(80~100℃)对甲醛有较好的催化活性,限制了催化剂的广泛应用。专利CN103127952A利用Ag/ZSM-5在室温条件下消除甲醛,没有考察运行时间、水蒸气对催化性能的影响。专利CN101274281A技术了一种Mo、Cu、Mn及Ti改性的Pt/Co-Ce-Sn/堇青石蜂窝状催化剂,在18℃和相对湿度为70%下对甲醛有较好的催化活性。专利CN102247842A公布了一种室温下消除甲醛的Pt/TiO2-SnO2/堇青石整体式催化剂,在室温及环境湿度条件下对甲醛有较好的去除效果。上述专利以直孔状堇青石蜂窝作为载体骨架,限制了催化剂的广泛应用。
室温下用于氧化甲醛的催化剂存在低温活性差、寿命短及应用范围窄等缺点,现有整体式催化模块采用直孔状堇青石蜂窝陶瓷为载体骨架,不利于反应分子的吸附和产物分子的脱附,降低了催化剂效率。

技术实现思路

针对现有技术的缺陷和不足,本技术的目的在于提供一种具有3D孔道结构、能在室温及环境湿度下消除甲醛的催化模块,采用常规金属氧化物和少量贵金属作为催化模块的活性组分;催化模块对甲醛氧化具有优异的低温活性和去除效率,同时具有高的稳定性和抗水性能,催化模块前后的压力损失低,适用于居室、办公楼宇、学校、宿舍、商场、家具市场、汽车等密闭、半密闭空间内的空气净化。
本技术采用以下技术方案实现上述技术目的:一种室温下消除甲醛的催化模块,包括骨架载体、涂层和催化剂层,所述骨架载体为具有三维孔道的泡沫陶瓷结构,所述泡沫陶瓷结构内具有多个孔道,所述孔道相互贯通且交织成网状结构;所述涂层均匀涂覆在所述泡沫陶瓷结构内的孔道表面及其外表面上,所述的催化剂层高度分散在涂层上。
在上述技术方案的基础上,本技术还可以做如下改进:
进一步,所述催化剂层包括活性组分和所述助剂组分,所述活性组分和所述助剂组分同时高度分散在所述涂层上;或者所述活性组分和所述助剂组分依次高度分散在所述涂层上;或者所述助剂组分和所述活性组分依次高度分散在所述涂层上。
进一步,所述泡沫陶瓷结构的材质为氧化铝、氧化镁、沸石、堇青石、莫来石、堇青石-莫来石复合、碳化硅、氮化硅、氧化镁、锆-莫来石、活性炭、氧化锆或锆刚玉中的任意一种,所述泡沫陶瓷结构内孔道的布置方向为X、Y和Z中的任一方向;
所述泡沫陶瓷结构的孔隙率为25~90%。
进一步,所述涂层的材料为Al2O3、Fe2O3、TiO2、SiO2、CeO2、ZrO2、MgO、ZMS-5、分子筛、APO、SAPO、活性炭、沸石、蒙脱石、硅藻土、海泡石、凹凸棒土或膨润土中的任意一种或其中任意一种的复合氧化物或其中任意一种改性后的材料,所述涂层的涂覆量为10~150g/L。
进一步,所述活性组分的材料为金属单质、氧化物、合金、有机盐或无机盐中的任意一种,所述金属单质为Pd、Pt、Rh、Au、Ag或Ru中的任意一种,所述氧化物、合金、有机盐或无机盐为活性组分中金属单质对应的氧化物、合金、有机盐或无机盐。
进一步,所述助剂组分的材料为金属单质、氧化物、有机盐或无机盐中的任意一种,所述金属单质为Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Mo、Ti、Ce、Zr、Pr、Nd或Zn中的任意一种,所述氧化物、合金、有机盐或无机盐为与所述助剂组分中的金属单质对应的氧化物、合金、有机盐或无机盐。
与现有技术相比,本技术所提供的催化模块具有3D孔道结构,克服了传统直孔蜂窝状整体式催化剂的缺点,提高了催化活性和净化效率。本技术具有以下优点:
(1)本技术的催化模块对甲醛氧化具有优异的低温活性和去除效率,能将甲醛彻底氧化成CO本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种室温下消除甲醛的催化模块,其特征在于,包括骨架载体、涂层和催化剂层,所述骨架载体为具有三维孔道的泡沫陶瓷结构,所述泡沫陶瓷结构内具有多个孔道,所述孔道相互贯通且交织成网状结构;所述涂层均匀涂覆在所述泡沫陶瓷结构内的孔道表面及其外表面上,所述的催化剂层高度分散在涂层上。

【技术特征摘要】
1.一种室温下消除甲醛的催化模块,其特征在于,包括骨架载体、涂层和催化剂层,所述骨架载体为具有三维孔道的泡沫陶瓷结构,所述泡沫陶瓷结构内具有多个孔道,所述孔道相互贯通且交织成网状结构;所述涂层均匀涂覆在所述泡沫陶瓷结构内的孔道表面及其外表面上,所述的催化剂层高度分散在涂层上。
2.权利要求1所述的一种室温下消除甲醛的催化模块,其特征在于,所述催化剂层包括活性组分和助剂组分,所述活性组分和所述助剂组分同时高度分散在所述涂层上;或者所述活性组分和所述助剂组分依次高度分散在所述涂层上;或者所述助剂组分和所述活性组分依次高度分散在所述涂层上。
3.权利要求1所述的一种室温下消除甲醛的催化模块,其特征在于,所述泡沫陶瓷结构的材质为氧化铝、氧化镁、沸石、堇青石、莫来石、堇青石-莫来石复合、碳化硅、氮化硅、氧化镁、锆-莫来石、活性炭、氧化锆或锆刚玉中的任意一种,所述泡沫陶瓷结构内孔道的布置方向为X、Y和Z中的任一方向;
所述泡沫陶瓷结构的孔隙率为25~90%。
4.权利要求1所述的一种室温下消除甲醛的催化模块,其特征在于,所述涂层...

【专利技术属性】
技术研发人员:展宗城李顺马保安杨艳林袁小芳
申请(专利权)人:展宗城
类型:新型
国别省市:山西;14

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