一种室温下催化氧化甲醛的材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种室温下催化氧化甲醛的材料及其制备方法，该材料是在水热合成氧化铁黄的针铁矿纳米针状晶体表面负载锰氧化物而获得的铁锰氧化物复合材料。本发明专利技术的材料在室温下就可以将甲醛完全转化为二氧化碳和水，净化效率高、寿命长、使用方便。

A material for catalytic oxidation of formaldehyde at room temperature and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种室温下催化氧化甲醛的材料及其制备方法
本专利技术属于空气净化
，具体涉及一种催化氧化甲醛的材料及其制备方法。
技术介绍
室内空气中甲醛污染主要来源于木质装修材料如刨花板、胶合板和纤维板中的脲醛树脂粘合剂的释放。据统计，装修完成6-48月内，甲醛浓度最高可超过室内空气标准所规定安全浓度6倍以上(GB/T18883-2002,0.1mg/m3)，超标率在83.6％左右，且室内装修材料中甲醛的释放周期长达8-15年。甲醛对眼睛、鼻腔、呼吸道粘膜等人体组织具有强刺激性和氧化损伤作用，即便是暴露在ppm级别的环境中都会显著增加人体患有鼻咽癌和白血病的风险。因此甲醛不但被国际癌症研究组织(IARC，2006)列为一级致癌致畸物质，也被列为45种造成严重生态环境影响的有毒有机污染物之一。中国是世界上最大的甲醛生产国和消费国，2006年就已经占据全世界甲醛产量的1/3，室内空气甲醛污染带来的人类健康危害和环境问题已经不容忽视。当前市场上常见的甲醛室温处理技术有物理吸附法、光催化法、催化氧化法。物理吸附法如专利CN104209093A报道的活性炭吸附剂由于存在吸附饱和容量小且无选择性、升温甲醛易脱附造成二次污染、更换周期短等问题，限制了其实际应用范围；光催化法如专利CN106390740A报道的纳米TiO2基催化剂存在光谱响应范围窄、紫外光降解效果差、产生CO等二次污染物等问题，大大限制了其实用价值。室温下可将甲醛转化为无害CO2和H2O的催化氧化法具有无能源消耗、净化彻底、无二次污染、去除效率高等优势，是未来甲醛净化的主流发展方向。室温下能够催化氧化降解甲醛的催化剂多为贵金属基催化剂，一般含有贵金属如Pt、Pd、Rh、Ru、Au、Ag等作为活性助剂，但其本身含量稀少且价格昂贵，且作为载体的氧化物制备方法复杂限制了实际的推广和应用，如专利CN105013322A、CN1795970A、CN102198404A等。非贵金属催化剂中锰氧化物具有较高的甲醛催化活性从而受到关注，实际应用中为了增加催化剂可用活性面积或便于成型，多负载于活性炭颗粒或纤维织物上。专利CN106140090A公开了一种活性炭纤维负载MnO2用于降解室内甲醛，其制备方法需要将KMnO4、碱性物质、分散剂及模板剂溶于水中并滴加锰盐，最后经过震荡反应、老化、干燥、煅烧制备而成。但上述催化剂室温下甲醛去除率在70-90％之间，不能完全降解室内低浓度甲醛。专利CN110496528A公开了一种低温甲醛催化剂，该催化剂主要活性组分为Ce-MnO2，Ce/Mn比为1:10，并通过静电纺丝负载于无纺布上。该催化剂完全降解甲醛温度为100-110℃。专利CN105478134B公开了一种以凹凸棒石或者海泡石为载体，Cu、Mn及Ce混合氧化物为活性组分的室温甲醛催化剂。其中Cu、Mn及Ce的含量占总质量的15％～40％，其摩尔比为1:1:1～1:2:4，制备过程包括超声分散活性组分、30-50℃搅拌固化、马弗炉高温煅烧等过程。固定床催化氧化甲醛的实验结果表明，在25℃下经过48h后上述催化剂对甲醛去除率92-96％。上述负载型氧化锰基催化剂虽然价格低廉，但是存在转化甲醛起燃温度高、制备过程需要高温煅烧、工艺复杂、在室温下不能完全转化甲醛等问题。因此，寻找一种价格低廉、工艺简单、高效的室温甲醛催化剂将具有显著的经济和环境效益。
技术实现思路
为克服现有技术中的不足之处，本专利技术提供了一种生产方便、成本低廉、使用便捷的室温下催化氧化甲醛的材料及其制备方法，旨在实现室内低浓度甲醛在室温下的净化。本专利技术为了解决上述问题，采用如下技术方案：本专利技术首先公开了一种室温下催化氧化甲醛的材料，其特点在于：所述材料是在水热合成氧化铁黄的针铁矿纳米针状晶体表面负载锰氧化物而获得的铁锰氧化物复合材料。进一步地，在所述水热合成氧化铁黄中，针铁矿的直径不大于80nm、质量含量不低于95％。进一步地，在所述铁锰氧化物复合材料中，锰氧化物与铁氧化物的摩尔比为1:1-20。进一步地，所述的锰氧化物包括ɑ-MnO2、β-MnO2、γ-MnO2、δ-MnO2和锰钾矿中的至少一种，且均匀包覆在针铁矿针状结构表面。本专利技术还公开了所述室温下催化氧化甲醛的材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1、按照水热合成氧化铁黄与水的质量比为1:5-20，将水热合成氧化铁黄与水混合搅拌均匀，获得混合液A；步骤2、按照高锰酸钾与针铁矿的摩尔比为1:1-20，向所述混合液A中加入质量浓度为5-20％的高锰酸钾溶液，搅拌10-60min，获得混合液B；步骤3、向所述混合液B中加入氧化还原等当量的还原剂，搅拌1-5h，静置陈化2-10h，使Mn+7还原为Mn+4，获得混合液C；步骤4、将所述混合液C脱水、洗涤、干燥、破碎、筛分，获得0.5mm-2mm的颗粒物，即为粒状催化氧化甲醛的材料；或者将所述混合液C脱水、洗涤、干燥、粉磨过200目筛，即获得粉状催化氧化甲醛的材料；或者将所述混合液C脱水、洗涤、干燥、粉磨过200目筛，所得粉体与水溶性胶水按照质量比为1:1-5混合搅拌均匀，即获得浆状催化氧化甲醛的材料。进一步地，所述还原剂为甲醇、草酸盐或二价锰盐。本专利技术的有益效果体现在：1、本专利技术所用的载体水热合成氧化铁黄纯度高、价格低廉、来源广，通过高锰酸钾还原使针铁矿表面包覆锰氧化物，制备方法简单，工业上易于实现，制备的材料质量稳定。2、本专利技术实验研究发现，锰氧化物与铁氧化物复合具有协同作用，表面富含自由电子可激发表面吸附态氧而产生超氧及羟基自由基团，从而在室温下催化氧化降解甲醛。本专利技术选用水热合成氧化铁黄，其中针铁矿直径不大于80nm，通过控制高锰酸钾还原条件，促使负载的锰氧化物主要为水钠锰矿，使该催化剂呈特殊核-壳状，锰氧化物均匀包覆在针铁矿表面，使二者具有更强协同效果，从而提高复合材料催化氧化甲醛的活性。3、本专利技术的材料可以在室温下把低浓度甲醛持续地催化氧化降解为二氧化碳和水，比目前广泛使用的催化剂具有更高的催化氧化甲醛活性和更长的使用寿命。4、本专利技术室温下催化氧化甲醛的材料，可以作为滤料使用，也可以作为涂料使用涂敷各类基材表面。附图说明图1为实施例1制备的铁锰氧化物复合材料的扫描电镜图像，显示针铁矿表面均匀包覆了一层锰氧化物；图2为实施例1制备的铁锰氧化物复合材料的透射电镜图像，显示针铁矿表面均匀包覆了一层锰氧化物；图3为实施例1制备的铁锰氧化物复合材料的拉曼光谱图像，显示锰氧化物为δ-MnO2。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。以下内容仅仅是对本专利技术的构思所作的举例和说明，所属本
的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离专利技术的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室温下催化氧化甲醛的材料，其特征在于：所述材料是在水热合成氧化铁黄的针铁矿纳米针状晶体表面负载锰氧化物而获得的铁锰氧化物复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种室温下催化氧化甲醛的材料，其特征在于：所述材料是在水热合成氧化铁黄的针铁矿纳米针状晶体表面负载锰氧化物而获得的铁锰氧化物复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种室温下催化氧化甲醛的材料，其特征在于：在所述水热合成氧化铁黄中，针铁矿的直径不大于80nm、质量含量不低于95％。


3.根据权利要求1所述的一种室温下催化氧化甲醛的材料，其特征在于：在所述铁锰氧化物复合材料中，锰氧化物与铁氧化物的摩尔比为1:1-20。


4.根据权利要求1所述的一种室温下催化氧化甲醛的材料，其特征在于：所述的锰氧化物包括ɑ-MnO2、β-MnO2、γ-MnO2、δ-MnO2和锰钾矿中的至少一种。


5.一种权利要求1～4中任意一项所述室温下催化氧化甲醛的材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、按照水热合成氧化铁黄与水的质量比...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈天虎，王灿，刘海波，邹雪华，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34