双功能材料的原位制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术公布了一种双功能材料的原位制备方法及其产品和应用，向高锰酸钾溶液中浸入适量的载体，搅拌数分钟后再向其中加入适量的甲酸溶液，一定温度下搅拌2‑5h后过滤、洗涤、30‑60℃鼓风干燥箱中干燥数小时至干，即得甲醛净化双功能材料。该材料具有强的吸附和催化性能，借助吸附使低浓度甲醛在吸附载体上凝聚为更高浓度，然后在活性组分的作用下降解为CO2和水，释放吸附位，继续吸附低浓度甲醛，后再降解，连续循环，使得材料可连续高效使用而不失活。本发明专利技术所公布的方法将吸附和催化两种作用机理均应用于甲醛净化过程中，分别发挥两种材料的优势，且在作用上又相互弥补。

In situ preparation of dual functional materials and their products and Applications

【技术实现步骤摘要】
双功能材料的原位制备方法及其产品和应用
本专利技术双功能材料的原位制备方法及其产品和应用，属于材料制备和空气净化领域，具体地涉及双功能材料的原位制备方法及其产品和在室内低浓度甲醛去除的应用。
技术介绍
室内甲醛具有持久性、密闭性、低浓度的特点，目前处理甲醛的主要方法包括通风换气、物理吸附法、化学吸收法、生物净化法、臭氧氧化、光催化氧化法等。通风换气具有局限性，是一种暂时性的方法；物理吸附法可吸附大部分的污染物，目前市场上空气净化器多采用此方法，主要是依靠活性炭等吸附甲醛污染物，但吸附剂的吸附容量以及失活再生都是限制因素；依靠化学吸收的吸收剂饱和速度较快，需定时更换，所需成本较高；生物净化法的处理效率较低且净化能力有限。臭氧氧化法处理甲醛效率一般；光催化氧化处理能力低，且需有紫外光参与，能量消耗较大。以上方法或可实现对甲醛的完全吸附，或可部分降解甲醛，但均具有其局限性，且易造成二次污染。根据室内甲醛的浓度限值，不同国家的8h甲醛平均浓度最大限值从3ppb到0.1ppm不等，采用已有技术很难实现甲醛的达标净化。在日益严苛的环境标准和相关法制法规条件下，开发治理最彻底的净化技术将成为未来重要的发展趋势。已有报道中主要针对高浓度甲醛（浓度>100mg/m3）的彻底净化。如文献（XiaoHan,LiliFeng,JingeLi,PengyiZhang,HaoLi.TheeffectofKMnO4concentrationonthecatalyticactivityofMnOx/luffaspongecomposites.AdvancedMaterialsResearch,2015,1096:422-425）中报道，采用以载体丝瓜络为还原剂，高锰酸钾为氧化剂，在室温条件下振荡不同时间，制备了丝瓜络负载锰氧化物（MnOx/LF）复合材料，应用于浓度为320mg/m3甲醛，最优MnOx/LF复合材料在5h后对甲醛的去除率达90%以上，降解的甲醛全部氧化为二氧化碳。而实际中室内甲醛的释放量比较低（<10mg/m3），很难使用完全氧化将其彻底净化。
技术实现思路
针对目前技术中的不足，本专利技术拟提供一种双功能材料的原位制备方法，应用于室内低浓度甲醛去除的。本专利技术的再一目的在于：提供上述方法获得的产品。本专利技术的又一目的在于：提供上述产品的应用。双功能材料的制备方法，将低浓度甲醛在第一组分上吸附聚集为局部具有高浓度的甲醛，然后利用第二组分的催化作用，将高浓度甲醛彻底降解为CO2和水。本专利技术的目的通过下述方法实现：一种双功能材料的原位制备方法，先配制摩尔浓度为0.1~0.3mol/L的高锰酸钾溶液；向上述高锰酸钾溶液中浸入载体，高锰酸钾和载体的质量比为1:1~5:1，搅拌数分钟后再向其中加入甲酸溶液，高锰酸钾和甲酸的摩尔比为1:5~1:1，在温度为20~50℃搅拌2-5h，然后过滤、洗涤、30-60℃鼓风干燥箱中干燥数小时至干，即得甲醛净化双功能材料，其中，所述载体为活性炭。该方法主要是将制备的高效甲醛净化材料通过原位方法直接固载到活性炭上，即甲醛吸附材料和催化材料通过原位方法结合到一起，使二者之间产生较强的相互作用，促进性能和稳定性性能均大幅提升的多功能材料。该材料具有强的吸附和催化性能，借助吸附使低浓度甲醛在吸附载体上凝聚为更高浓度，然后在活性组分的作用下降解为CO2和水，释放吸附位，继续吸附低浓度甲醛，后再降解，连续循环，使得材料可连续高效使用而不失活。本专利技术所公布的方法将吸附和催化两种作用机理均应用于甲醛净化过程中，分别发挥两种材料的优势，且在作用上又相互弥补。所述活性炭，优选地，为颗粒状椰壳活性炭。优选地，所述高锰酸钾溶液的摩尔浓度为0.15~0.25mol/L。优选地，所述甲酸溶液的摩尔浓度为1.0~1.5mol/L。优选地，所述高锰酸钾和载体的质量比为1.5:1~2:1。优选地，高锰酸钾和甲酸的摩尔比为1:3~1:2。优选地；搅拌温度为25~35℃。本专利技术提供一种根据上述任一所述方法制备得到的双功能材料。本专利技术还提供上述双功能材料在室内低浓度甲醛去除的应用。向高锰酸钾溶液中加入活性炭后，由于活性炭的还原作用，促使活性炭和高锰酸钾会发生氧化还原作用，在活性炭表面形成一层MnOx膜。进一步加入甲酸后，甲酸和高锰酸钾会继续发生反应，在MnOx膜表面形成MnOx纳米颗粒。形成的MnOx纳米颗粒通过MnOx膜负载于活性炭上，因此活性炭和负载的MnOx纳米颗粒之间的相互作用更强，促进甲醛在活性炭和MnOx之间的相互转移，促进甲醛的彻底净化。活性炭和负载的MnOx之间的更强相互作用使得形成的MnOx的结构与文献中所报道的MnOx的结构不同，更加有利于低浓度甲醛的彻底去除。本专利技术具有以下特点：（1）方法新颖，通过原位方法，实现吸附材料和催化材料的结合，应用于室内低浓度甲醛净化中。（2）材料创新，在室内低浓度甲醛净化领域中，将吸附和催化两种作用机理结合起来，产生双功能材料，并能分别发挥其优势，又能互补，连续循环作用，实现活性和稳定性最大化。具体实施方式实施例1称取6.32g高锰酸钾（KMnO4）溶于200mL水中，室温下搅拌至溶解；称取2g颗粒状椰壳活性炭分散于上述高锰酸钾溶液中，搅拌5分钟后逐滴滴入摩尔浓度为1.2mol/L的甲酸溶液，继续搅拌2h后过滤、水和无水乙醇分别洗涤数次后置于50℃鼓风干燥箱中干燥至干，得样品1。实施例2将实施例1中甲酸溶液的摩尔浓度调节为1.3mol/L，其他制备条件与实施例1相同，得样品2。实施例3将实施例1中甲酸溶液的摩尔浓度调节为1.25mol/L，其他制备条件与实施例1相同，得样品3。应用实施例考察了实施例1~3对甲醛的室温净化性能。连续流动固定床装置中通入甲醛和空气的混合气，反应压力为常压~1atm，气体总流量为500mL/min，甲醛的初始浓度为3~6mg/m3。称取催化剂的质量为0.2g。结果如附表1所示。实施例1~3均可以彻底降解甲醛，即初始转化率均达到100%。附表说明：表1为实施例1-3应用于低浓度甲醛净化的初始转化率及稳定性数据。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双功能材料的原位制备方法，其特征在于：配制摩尔浓度为0.1~0.3 mol/L的高锰酸钾溶液；向上述高锰酸钾溶液中浸入载体，高锰酸钾和载体的质量比为1:1~5:1，搅拌数分钟后再向其中加入甲酸溶液，高锰酸钾和甲酸的摩尔比为1:5~1:1，在温度为20~50℃搅拌2‑5 h，然后过滤、洗涤、30‑60℃鼓风干燥箱中干燥数小时至干，即得甲醛净化双功能材料，其中，所述载体为活性炭。

【技术特征摘要】
1.一种双功能材料的原位制备方法，其特征在于：配制摩尔浓度为0.1~0.3mol/L的高锰酸钾溶液；向上述高锰酸钾溶液中浸入载体，高锰酸钾和载体的质量比为1:1~5:1，搅拌数分钟后再向其中加入甲酸溶液，高锰酸钾和甲酸的摩尔比为1:5~1:1，在温度为20~50℃搅拌2-5h，然后过滤、洗涤、30-60℃鼓风干燥箱中干燥数小时至干，即得甲醛净化双功能材料，其中，所述载体为活性炭。2.根据权利要求1所述双功能材料的原位制备方法，其特征在于：所述活性炭为颗粒状椰壳活性炭。3.根据权利要求1所述双功能材料的原位制备方法，其特征在于：所述高锰酸钾溶液的摩尔浓度为0.1~0.3mol/L；优选地...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，袁静，赵昆峰，高振源，蔡婷，杨玲，张涛，金彩虹，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31