一种用于常温常湿条件下催化消除一氧化碳和甲醛的催化剂，属于有害气体催化剂技术领域。其是将贵金属活性组分沉积到含有助剂的尖晶石结构氧化物载体上形成的负载型贵金属催化剂，所述的尖晶石结构氧化物载体为铁酸镁、铁酸钙、铁酸锶、铁酸钡、铁酸钴、铁酸镍、铁酸铜、铁酸锌、铁酸锰中的一种或两种，所述的贵金属活性组分为铂单质或者铂氧化物，所述助剂为钠的氧化物。本发明专利技术所述催化剂能够在常温常湿条件下催化一氧化碳和甲醛完全氧化，产物只有二氧化碳和水；该催化剂具有比较高的稳定性，长期存放后活性也不会下降，且使用前无需还原处理。本发明专利技术的催化剂具有制备简单、产品重复性好、便于储存运输等优点，具有非常好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有害气体催化剂
，具体涉及一种用于常温常湿条件下催化消除一氧化碳和甲醛的催化剂及其制备方法。该催化剂可以在常温常湿条件下完全催化氧化CO和甲醛气体，产物只有二氧化碳和水。
技术介绍
一直以来，CO和甲醛常温催化氧化是人们研究的热点，空气污染问题日益加剧，对环境和人类的健康造成了极大地危害。其中，CO和甲醛是室内空气最严重的污染物之一。CO是无色无味的气体，因而极不容易被人们观察到，CO被人体吸入肺内后，扩散到血液中，与血液中的血红蛋白结合生成羟基化合物，CO与血红蛋白的结合能力是氧与血红蛋白结合能力的200多倍，而血红蛋白与CO分解速度极慢，因此血红蛋白与CO结合后，便失去了与氧结合的能力，从而使呼吸困难，造成身体各部分缺乏氧供应，使人体残废，甚至死亡。当CO与空气的体积比达到1:800时，就会使人半小时内死亡。近年来，工业化国家每年向大气中排放的CO数量惊人，因此，消除CO及如何控制CO排放量的问题已迫在眉睫。CO的常温常湿消除在汽车尾气处理、空气净化、CO传感器、密封系统(载人航天飞机、核潜艇等)以及民用设备等方面具有较强的使用价值。目前，CO消除主要采取催化氧化的方法，可用于CO氧化反应的催化剂可分为金属氧化物催化剂和贵金属催化剂。金属氧化物催化剂价格低廉，原料易得，但是大多数金属氧化物必须在高温度(>300℃)下才能维持其活性，并且抗水性和抗硫中毒能力较差，限制了金属氧化物的实际应用。贵金属催化剂在CO氧化中表现出较高的活性，研究比较多的贵金属催化剂分别以Au，Pt等为主要活性组分。金基催化剂在室温下甚至零度以下就可以将CO完全氧化，同时金基催化剂具有良好的抗水性，但是金基催化剂在高温预处理及常温储存的过程中，金粒子容易发生聚集，而导致催化剂的活性下降。铂基催化剂通过引入还原性载体，CO催化氧化活性得到很大的提高，其中过渡金属氢氧化物担载贵金属铂后表现出较好的CO催化氧化活性，但是由于氢氧化物的不稳定性导致催化剂的稳定性较差，因此载体的稳定性很大程度上影响催化剂的稳定性。铁酸盐是经过高温焙烧、具有尖晶石结构的稳定载体，并且具有较强的供氧能力，通过合成方法的调变制备具有大量配位不饱和氧的铁酸盐载体，从而制备具有高活性和高稳定性的CO低温催化氧化催化剂。与本专利技术最相近的现有技术是一份中国专利技术专利，名称为“用于CO低温消除的催化剂及其制备方法”，公开号为CN100522351C。公开的催化剂是金属氢氧化物担载的贵金属铂，即活性组分为金属铂，载体为镍、镁、锌、钴、铁、铜、钙、铝、锰等金属中的一种或两种金属氢氧化物。活性组分铂以胶体沉淀法沉积到载体上；活性组分铂与载体金属的摩尔比为(0.1-10)：100。金属氢氧化物并不是稳定的载体，催化剂的稳定性有待于进一步的提高。甲醛是室内空气最严重的污染物之一。在常温常压下，甲醛是一种无色、有刺激性臭味的气体，并且它具有可燃性，浓度较高时容易与空气形成爆炸性混合物。甲醛具有很高的毒性，能够引起过敏反应以及呼吸道、鼻咽癌等疾病，严重危及人类生命安全。表1具体列举了甲醛暴露与健康效应的剂量关系。表1：甲醛暴露于健康效应的剂量反应关系室内空气中甲醛来源于多方面，例如，凡是大量使用粘合剂的地方，均会有甲醛释放。如，各种人造板材(刨花板、密度板、纤维板、胶合板等)中由于使用了脲醛树脂粘合剂，因而可含有甲醛。新式家具的制作，墙面、地面的装饰铺设，由于使用粘合剂，也会释放甲醛。此外，某些化纤地毯、油漆涂料也含有一定量的甲醛。甲醛还可来自化妆品、清洁剂、杀虫剂、消毒剂、防腐剂、印刷油墨、纸张、纺织纤维等多种化工轻工产品。因此如何消除室内甲醛等污染物成为人们关注的焦点。目前，消除甲醛的主要方法有生物法、吸附法、化学反应法、等离子体技术和催化氧化技术。从甲醛消除的彻底性和优缺点来看，催化氧化技术是消除甲醛最直接有效地方式。目前一些关于室温氧化消除甲醛的报道，如专利号ZL200410047973.7、ZL200710121423.9、ZL200410102873.3等，但上述报道的催化剂同样存在稳定性差，不利于长期贮存和使用的缺点，不利于催化剂的商业化大规模推广。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种用于常温常湿条件下催化消除CO和甲醛的催化剂及其制备方法，可有效解决上述问题。该催化剂的成功开发是在充分考虑到以往研究结果的基础上，进行了大量的探索的结果。该催化剂制备方法简单，使用稳定性较高的尖晶石结构氧化物做载体和极其少量的贵金属作为活性组分，使用胶体沉积法制备。本专利技术的催化剂具有较强的氧化还原能力，在贵金属负载量相对较低的情况下，能够实现甲醛的常温有效消除，并且具有较高的稳定性。所提供的催化剂在常温(15～30℃之间)、常湿(水汽绝对含量为0.5vol％～2vol％)条件下即可将CO和甲醛完全转化成二氧化碳和水，无副产物产生。本专利技术的催化剂是将贵金属活性组分沉积到含有助剂的尖晶石结构氧化物载体上形成的负载型贵金属催化剂，贵金属活性组分占催化剂总质量的0.1％～5％，优选范围为1～2％；以碱金属元素计，助剂占催化剂总质量的0.01％～0.25％，优选范围为0.10～0.15％。所述的尖晶石结构氧化物载体为铁酸镁、铁酸钙、铁酸锶、铁酸钡、铁酸钴、铁酸镍、铁酸铜、铁酸锌、铁酸锰中的一种或两种。所述的贵金属活性组分为铂单质或者铂氧化物(PtO2、PtO4)。所述助剂为钠的氧化物(Na2O)。为了对本专利技术的催化剂进行反应评价，采用1.0vol％CO或甲醛，5vol％O2，1.8vol％水蒸气，92.2vol％Ar为平衡气为反应进料组，空速为1×103～9×105，催化剂用量为20～100mg进行试验。结果表明催化剂在15～30℃即具有非常好的CO和甲醛氧化性能，还具有良好的抗水性。本专利技术所述的用于常温常湿条件下催化消除一氧化碳和甲醛的催化剂的制备方法为胶体沉淀法。制备过程分为铂胶体的制备、尖晶石结构氧化物载体的制备和引入助剂、铂胶体在尖晶石结构氧化物载体上的沉积以及活化处理过程。所述的铂胶体的制备是将铂盐溶于乙二醇中，然后加入NaOH的乙二醇溶液调节pH＝10～13；铂盐与氢氧化钠的物质的量比为0.0112～0.0180：1，铂盐与乙二醇的物质的量比为3.8×10-4～6.0×10-4：1，搅拌后在100～140℃下加热处理0.5～1h，得到铂胶体。所用的铂盐可以是H2PtCl6·6H2O，也可以是其他铂盐(Pt(NO3)2，Pt(C5H7O2)2)。所述的尖晶石结构氧化物载体采用固相合成法制备。固相合成法是通过研磨金属盐前驱体与氢氧化钠、氯化钠的混合物得到前驱混合物，再将得到的前驱混合物通过马弗炉焙烧(焙烧的温度为600～900℃，时间3～5h)，水洗后得到含有助剂(Na2O)的尖晶石结构氧化物载体。其中，金属盐前驱体为镁、钙、锶、钡、锰、钴、镍、铜或锌的硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐或氯化盐之一与硝酸铁的混合物，其中镁、钙、锶、钡、锰、钴、镍、铜、锌的硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐或氯化盐与硝酸铁的物质的量比为1：2，氢氧化钠与硝酸铁的物质的量比为3～6：1，氯化钠与硝酸铁的物质的量比为4～7：1。所述铂胶体在尖晶石结构氧化物载体上的沉积，是向铂胶体(5本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于常温常湿条件下催化消除一氧化碳和甲醛的催化剂，其特征在于：是将贵金属活性组分沉积到含有助剂的尖晶石结构氧化物载体上形成的负载型贵金属催化剂，所述的尖晶石结构氧化物载体为铁酸镁、铁酸钙、铁酸锶、铁酸钡、铁酸钴、铁酸镍、铁酸铜、铁酸锌、铁酸锰中的一种或两种，所述的贵金属活性组分为铂单质或者铂氧化物，铂氧化物为PtO2或PtO4，贵金属活性组分占催化剂总质量的0.1％～5％；所述助剂为钠的氧化物Na2O，以钠元素计，助剂占催化剂总质量的0.01％～0.25％。
【技术特征摘要】
1.一种用于常温常湿条件下催化消除一氧化碳和甲醛的催化剂，其特征在于：是将贵金属活性组分沉积到含有助剂的尖晶石结构氧化物载体上形成的负载型贵金属催化剂，所述的尖晶石结构氧化物载体为铁酸镁、铁酸钙、铁酸锶、铁酸钡、铁酸钴、铁酸镍、铁酸铜、铁酸锌、铁酸锰中的一种或两种，所述的贵金属活性组分为铂单质或者铂氧化物，铂氧化物为PtO2或PtO4，贵金属活性组分占催化剂总质量的0.1％～5％；所述助剂为钠的氧化物Na2O，以钠元素计，助剂占催化剂总质量的0.01％～0.25％。2.如权利要求1所述的一种用于常温常湿条件下催化消除一氧化碳和甲醛的催化剂，其特征在于：贵金属活性组分占催化剂总质量的1～2％；以钠元素计，助剂占催化剂总质量的0.10～0.15％。3.权利要求1所述的一种用于常温常湿条件下催化消除一氧化碳和甲醛的催化剂的制备方法，其步骤如下：(1)铂胶体的制备将铂盐溶于乙二醇中，然后加入NaOH的乙二醇溶液调节pH＝10～13；搅拌后在100～140℃下加热处理0.5～1h，得到铂胶体；(2)尖晶石结构氧化物载体的制备采用固相合成法制备尖晶石结构氧化物载体；(3)铂胶体在尖晶石结构氧化物载体上的沉积向步骤(1)制备的5～15mL铂胶体中加入0.5～5g步骤(2)制备的尖晶石结构氧化物载体和5～15mL去离子水...
【专利技术属性】
技术研发人员：张文祥，郑彬，刘钢，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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