用于室温去除甲醛的铁氮掺杂催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开一种用于室温去除甲醛的铁氮掺杂催化剂的制备方法，制备步骤包括：(1)以稀硝酸溶液或者氢氧化钠溶液作为活性炭纤维的预处理溶液，然后将活性炭纤维浸泡其中进行预处理，预处理完成后进行洗涤、干燥得到改性活性炭纤维；(2)以硝酸铁、尿素、钛酸四丁酯和表面活性剂为原料制备得到改性二氧化钛溶胶；(3)将步骤(1)中的改性活性炭纤维加入到步骤(2)中的改性二氧化钛凝胶中，混合均匀进行煅烧得到所述甲醛催化剂。具有所述甲醛催化剂通过对催化剂以及其载体进行改性，并且不含贵金属成分，室温以及可见光下催化效率高，催化效率稳定的技术效果。

Preparation of Fe-N Doped Catalyst for Removal of Formaldehyde at Room Temperature

【技术实现步骤摘要】
用于室温去除甲醛的铁氮掺杂催化剂的制备方法
本专利技术涉及过渡金属复合催化剂
，具体的涉及一种新型高效低成本的用于室温去除甲醛的铁氮掺杂催化剂的制备方法。
技术介绍
自19世纪90年代以来，室内空气净化便受到了广泛的关注。众所周知，通常情况下，人类80％的时间是在室内度过的，由于室内环境中各种排放源的存在，室内的空气质量可能比环境大气要差的多。甲醛不仅是室外大气中挥发性有机化合物的主要组成部分，也是最为熟知的一种室内空气污染物。它主要来自家具橱柜、胶合板地板以及其它室内陈设。在室温下,甲醛以气相的形式存在，是一种无色且高度氧化的、具有刺激性气味的难闻的气体。长时间或短时间暴露在含有甲醛(HCHO)的空气(例如，甲醛浓度超过健康阈值)中，可能会患上各种急性或慢性症状/疾病，包括头痛、头晕、虚弱乏力、感觉障碍、免疫力下降、嗜睡、记忆减退、神经衰弱、抑郁等，甚至可能患上呼吸功能障碍和中毒性肝损伤，包括肝细胞损伤和肝辐射能反常。由于工业化和城市化使人类的生活质量不断提高，人们对室内环境中的空气质量和相关安全问题的关注越来越多。在已发表的文献中，报道了许多用于去除室内甲醛的技术或处理方法，例如吸附、过滤和氧化。其中，光催化氧化被认为是降低室内环境中甲醛浓度的一种经济且环保的方法。然而，进一步显著提高光催化剂降解甲醛的效率仍面临挑战。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的上述不足，提供一种用于室温去除甲醛的铁氮掺杂催化剂的制备方法，所述甲醛催化剂通过对催化剂以及其载体进行改性，并且不含贵金属成分，室温以及可见光下催化效率高，催化效率稳定的高效催化剂。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种用于室温去除甲醛的铁氮掺杂催化剂的制备方法，制备步骤包括：(1)以稀硝酸溶液或者氢氧化钠溶液作为活性炭纤维的预处理溶液，然后将活性炭纤维浸泡其中进行预处理，预处理完成后进行洗涤、干燥得到改性活性炭纤维；(2)以硝酸铁、尿素、钛酸四丁酯(TBOT)和表面活性剂为主要原料制备得到改性二氧化钛溶胶；(3)将步骤(1)中的改性活性炭纤维加入到步骤(2)中的改性二氧化钛凝胶中，混合均匀进行煅烧得到所述甲醛催化剂。优选地，步骤(1)中活性炭纤维在预处理溶液中的浸泡时间为1～2小时，洗涤2-5次，干燥温度为100-150℃，干燥时间为12～24小时。优选地，步骤(1)中预处理溶液的浓度为0.5～2.25mol/L。优选地，步骤(2)中所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或聚乙二醇，所述的表面活性剂与钛酸四丁酯的质量比为1:15～60；当表面活性剂用量为0.116～0.465g时，硝酸铁用量为0.058～0.101g，尿素的用量为0.321～1.179g。优选地，步骤(3)中的煅烧温度为350℃～450℃，煅烧时间为1～2小时。优选的，步骤(2)中制备改性二氧化钛溶胶的过程，包括将硝酸铁、尿素、无水乙酸和去离子水进行混合的过程，其中的去离子水的添加量与钛酸四丁酯的质量比为6～18:7。本专利技术的优点和有益效果：1.本专利技术的制备方法，在制备过程中创造性的加入表面活性剂，表面活性剂的加入能使二氧化钛高密度块状团聚体在煅烧处理之前得到有效防治，因此在制备前期引入表面活性剂组分，起到稳定体系、调控团聚以及一定的分散的作用。2.本专利技术所述制备方法通过表面活性与钛酸四丁酯、硝酸铁、尿素混合后，负载在改性的二氧化碳纤维上，制得高分散的改性二氧化钛催化剂。铁元素与氮元素的协同效应使其能在室温与可见光照射下实现催化降解，同时改性活性炭纤维增加了活性炭纤维表面羟基数，加快了催化效率。3.本专利技术所述甲醛催化剂可在室温以及可将光的照射下高效催化甲醛，并且性能稳定。4.本专利技术创造性地把铁和氮元素结合，使得铁和氮元素具有很好的协同效应，并使得二氧化钛能在室温以及可见光的照射下对甲醛进行催化降解，克服了传统二氧化钛对催化甲醛所需的苛刻条件，如很高的催化温度以及需要紫外光的照射等。再者，本专利技术通过使用改性二氧化钛纤维作为载体以及添加表面活性剂，增加了催化剂的表面积以及活性炭纤维上的表面羟基数量，进一步增强吸附和催化甲醛的能力。5.本专利技术在制备改性二氧化钛溶胶的过程中，严格的控制去离子水的添加量，使得去离子水的添加量与钛酸四丁酯的质量比为6～18:7；因为如果使用过量的去离子水制得的催化剂的催化性能也会很差，而本专利技术精确控制上述配比，有效的提高了催化剂的催化性能。附图说明图1为实施例1制备的所述甲醛催化剂的SEM图。具体实施方式下面结合一些具体实施方式对本专利技术涉及的甲醛催化剂及其制备方法做进一步描述。具体实施例为进一步详细说明本专利技术，非限定本专利技术的保护范围，除非特别说明，本专利技术实施例采用的方法和原料均为本领域常规选择。实施例1本实施例的催化剂制备步骤包括：(1)在10mL1.0mol/L的稀硝酸溶液中放入1g活性炭纤维，浸泡1小时后用去离子水清洗多次，然后将活性炭纤维放入烘箱，120℃烘干12小时，得到改性活性炭纤维。(2)将十二烷基苯磺酸钠与7mL的钛酸四丁酯以质量比1：30混合，然后将混合溶液加入至28mL无水乙醇并搅拌1小时；然后将混合溶液逐滴滴加至加入了0.072g硝酸铁、0.858g尿素、16mL无水乙酸与12mL去离子水的混合溶液中搅拌1小时，得到改性二氧化钛溶胶。(3)将步骤(1)中得到的改性活性炭纤维放入步骤(2)得到的改性二氧化钛溶胶中，然后一起放入马弗炉煅烧，在400℃下煅烧2小时得到甲醛催化剂。用聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃，PMMA)手套箱模拟室内甲醛环境并用甲醛检测仪对制备得到的甲醛催化剂的催化效率进行检测，测试结果见表1。实施例2本实施例的催化剂制备步骤包括(1)在10mL1.5mol/L的氢氧化钠溶液中放入1g活性炭纤维，浸泡1小时后用去离子水清洗多次，然后将活性炭纤维放入烘箱(120℃)12小时，得到改性活性炭纤维。(2)将聚乙二醇与7mL的钛酸四丁酯以1:30的质量比混合，然后将混合溶液加入至28mL无水乙醇并搅拌1小时；然后将混合溶液逐滴滴加至加入了0.072g硝酸铁、0.858g尿素、16mL无水乙酸与12mL去离子水的混合溶液中，搅拌1小时，得到改性二氧化钛溶胶；(3)将步骤(1)中得到的改性活性炭纤维放入步骤(2)中得到的改性二氧化钛溶胶中，然后一并放入马弗炉中，在450℃下煅烧2小时得到甲醛催化剂；用PMMA手套箱模拟室内甲醛环境并用甲醛检测仪对制备得到的甲醛催化剂的催化效率进行检测，测试结果见表1。对比例1本实施例的催化剂制备步骤包括：(1)在10mL1.5mol/L的稀硝酸溶液中放入1g活性炭纤维，浸泡1小时后用去离子水清洗多次，然后将活性炭纤维放入烘箱(120℃)12小时，得到改性活性炭纤维。(2)将7mL的钛酸四丁酯加入至28mL无水乙醇并搅拌1小时；然后将混合溶液逐滴滴加至加入了0.072g硝酸铁、0.858g尿素、16mL无水乙酸与25mL去离子水的混合溶液中搅拌1小时，得到改性二氧化钛溶胶。(3)将步骤(1)中得到的改性活性炭纤维放入步骤(2)中的改性二氧化钛溶胶，然后一并放入马弗炉煅烧，450℃煅烧2小时得到甲醛催化剂。用PMMA手套箱模拟室内甲醛环境并用甲醛检测仪对制备得到的甲醛催化剂的催化效率进行检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于室温去除甲醛的铁氮掺杂催化剂的制备方法，其特征在于：制备步骤包括：(1)以稀硝酸溶液或者氢氧化钠溶液作为活性炭纤维的预处理溶液，然后将活性炭纤维浸泡其中进行预处理，预处理完成后进行洗涤、干燥得到改性活性炭纤维；(2)以硝酸铁、尿素、钛酸四丁酯和表面活性剂为原料制备得到改性二氧化钛溶胶；(3)将步骤(1)中的改性活性炭纤维加入到步骤(2)中的改性二氧化钛凝胶中，混合均匀进行煅烧得到所述甲醛催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于室温去除甲醛的铁氮掺杂催化剂的制备方法，其特征在于：制备步骤包括：(1)以稀硝酸溶液或者氢氧化钠溶液作为活性炭纤维的预处理溶液，然后将活性炭纤维浸泡其中进行预处理，预处理完成后进行洗涤、干燥得到改性活性炭纤维；(2)以硝酸铁、尿素、钛酸四丁酯和表面活性剂为原料制备得到改性二氧化钛溶胶；(3)将步骤(1)中的改性活性炭纤维加入到步骤(2)中的改性二氧化钛凝胶中，混合均匀进行煅烧得到所述甲醛催化剂。2.根据权利要求1所述的用于室温去除甲醛的铁氮掺杂催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中活性炭纤维在预处理溶液中的浸泡时间为1～2小时，洗涤2-5次，干燥温度为100-150℃，干燥时间为12～24小时。3.根据权利要求1所述的用于室温去除甲醛的铁氮掺杂催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中预处理溶液的浓度为0.5～2.25mol/L。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：何俊，孙勇，刘潮杰，
申请(专利权)人：宁波诺丁汉大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33