一种将甲醛快速转化为甲醇的方法技术

本发明专利技术公开了一种将甲醛快速转化为甲醇的方法，包括以下步骤：分别称取活性炭粉末和三(3‑羟基丙基)膦，混合陈化12~36小时，风干得碳膦催化材料；将碳膦催化材料填充在低温等离子体处理器介质挡板与低压电极之间，先通入氩气5~15min，然后通入甲醛气体、氢气、氩气混合气体，同时进行低温等离子体照射，经过填充的碳膦催化材料的气体通过冷凝回收，即获得甲醇溶液。本发明专利技术制工艺简单，甲醛还原过程中无需加入其它化学试剂，通过前端通入甲醛后端回收甲醇的方式实现对甲醛气体的连续性转化，甲醛最高转化率为99.75%，甲醇纯度最高可达98.24%。

【技术实现步骤摘要】
一种将甲醛快速转化为甲醇的方法
本专利技术涉及危险污染物无害化处置与资源化利用领域，具体涉及一种将甲醛快速转化为甲醇的方法。
技术介绍
各种室内装饰材料释放的甲醛是人们接触最频繁的污染物之一。甲醛是致癌物质，也是人类呼吸系统病变最为主要的诱因之一。我国相关室内装修标准规定，室内空气中甲醛气体浓度应低于0.08mg/m3。若长期暴露于高浓度甲醛环境中，不仅会引起人体粘膜系统剧烈反应，还会引起人体细胞显著突变。甲醛具有较强的还原性和较好的水溶性，因此目前关于甲醛气体的处置，主要是物理吸附和氧化去除。物理吸附技术并没有真正意义上实现甲醛的无害化处置，而是将甲醛转移到材料上。这就意味着该技术不仅存在二次污染风险且受限于材料本身的吸附性能以及材料后处理能力。氧化技术可将甲醛彻底氧化为二氧化碳和水，但是氧化技术本身是一种释放二氧化碳的技术，并不符合当前固碳减排的绿色发展趋势。因此，综合而言，研发可以将甲醛气体快速转化为其它能源材料的新技术是解决上述矛盾的关键。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供了一种工艺简单，且甲醛还原过程中无需加入其它化学试剂，通过前端通入甲醛后端回收甲醇的方式实现对甲醛气体的连续性转化的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采取了如下的技术方案：一种将甲醛快速转化为甲醇的方法，包括以下步骤：1)分别称取活性炭粉末和三(3-羟基丙基)膦，混合陈化12～36小时，风干得碳膦催化材料；2)将碳膦催化材料填充在低温等离子体处理器介质挡板与低压电极之间，先通入氩气5～15min，然后通入甲醛气体、氢气、氩气混合气体，同时进行低温等离子体照射，经过填充的碳膦催化材料的气体通过冷凝回收，即获得甲醇溶液。其中，所述步骤1)中的活性炭粉末过200～400目筛。其中，所述步骤1)活性炭粉末和三(3-羟基丙基)膦的固液比为0.5～1.5∶1mg/mL。其中，所述步骤2)混合气体中甲醛气体、氢气、氩气体积比为2～6∶2～4∶100。其中，所述步骤2)低温等离子体照射作用电压3～30kV。其中，所述步骤2)冷凝回收温度10～30℃。其中，所述步骤2)的低温等离子体处理器包括电极板、介质挡板和聚四氟乙烯反应槽，所述电极板包括高压电极板和低压电极板，所述高压电极板与低温等离子体电源高压端连接，所述低压电极与低温等离子体电源低压端连接。高压电极板和低压电极板的材质为不锈钢，介质挡板的材质为陶瓷或玻璃，其中低温等离子体电源由南京苏曼等离子科技有限公司提供，介质挡板与聚四氟乙烯反应槽由西安鼎业流体科技有限公司提供。反应机理：本专利技术在陈化过程中，三(3-羟基丙基)膦可通过静电吸附和毛细管作用有效地加载在活性炭颗粒表面。在接通低温等离子体之前通入氩气可去除设备中的氧气。在低温等离子体照射过程中，高能电子束可诱发氢气电解生成氢自由基。氢自由基可与甲醛气体反应，促使甲醛还原生成甲醇。同时，碳膦催化材料可捕获甲醛气体并通过三(3-羟基丙基)膦催化作用促使甲醛向甲醇转化。高能电子束可加快三(3-羟基丙基)膦异相催化过程。低温等离子体照射过程中释放大量热量，因此生成的甲醇以气体的形式离开等离子体反应器，后通过冷凝转变为液体实现回收。有益效果：本专利技术制工艺简单，甲醛还原过程中无需加入其它化学试剂，通过前端通入甲醛后端回收甲醇的方式实现对甲醛气体的连续性转化，甲醛最高转化率为99.75％，甲醇纯度最高可达98.24％。附图说明图1是本专利技术制备方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1，本专利技术的低温等离子体处理器包括聚四氟乙烯反应槽、高压电极板(与低温等离子体电源的高压端相连)、介质挡板和低压电极板(与低温等离子体电源的低压端相连)。高压电极板和低压电极板的材质为不锈钢，介质挡板的材质为陶瓷，其中低温等离子体电源由南京苏曼等离子科技有限公司提供，介质挡板与聚四氟乙烯反应槽由西安鼎业流体科技有限公司提供。实施例1活性炭粉末和三(3-羟基丙基)膦固液比对甲醛转化的影响将活性炭进行研磨，过200目筛，得活性炭粉末。按照活性炭粉末和三(3-羟基丙基)膦固液比0.25∶1mg/mL、0.35∶lmg/mL、0.45∶1mg/mL、0.5∶1mg/mL、1.0∶1mg/mL、1.5∶1mg/mL、1.55∶1mg/mL、1.65∶1mg/mL、1.75∶1mg/mL分别称取活性炭粉末和三(3-羟基丙基)膦，混合，陈化12小时，风干得九组碳膦催化材料。将九组碳膦催化材料作为填充材料填充在低温等离子体处理器介质挡板与低压电极板之间，然后在聚四氟乙烯反应槽中通入氩气5min，再通入甲醛气体、氢气、氩气混合气体，同时进行低温等离子体照射，经过填充的碳膦催化材料的气体通过冷凝回收，即获得九组甲醇溶液，其中混合气体中甲醛气体、氢气、氩气体积比为2∶2∶100，低温等离子体照射作用电压3kV，冷凝回收温度10℃。甲醛浓度检测：按照《GB/T18204.2-2014公共场所卫生检测方法第二部分：化学污染物》使用酚试剂分光光度法对甲醛浓度进行检测。甲醛转化率计算：甲醛转化率按照等式(1)进行计算，其中c0为低温等离子体反应器进口甲醛浓度(mg/m3)，cr为低温等离子体反应器出口甲醛浓度(mg/m3)。甲醇浓度检测：液相中甲醇浓度按照《水质甲醇的测定气相色谱法》(DB61/T971-2015)进行检测。甲醇生成率计算：甲醇生成率按照等式(2)进行计算，其中co为低温等离子体反应器进口甲醛浓度(mg/m3)，cst为溶液中甲醇浓度(mg/m3)。本专利技术实施例试验结果见表1。表1活性炭粉末和三(3-羟基丙基)膦固液比对甲醛转化的影响由表1可看出，当活性炭粉末和三(3-羟基丙基)膦固液比小于0.5∶1mg/mL(如表1中，活性炭粉末和三(3-羟基丙基)膦固液比＝0.45∶1mg/mL、0.35∶1mg/mL、0.25∶1mg/mL以及表1中未列举的更低比值)，活性炭粉末表面加载的三(3-羟基丙基)膦过多，吸附电位显著减少，使得碳膦催化材料对甲醛气体的捕获能力减弱，导致甲醛转化率和甲醇生成率均随着活性炭粉末和三(3-羟基丙基)膦固液比的减小而显著降低。当活性炭粉末和三(3-羟基丙基)膦固液比等于0.5～1.5∶1mg/mL(如表1中，活性炭粉末和三(3-羟基丙基)膦固液比＝0.5∶1mg/mL、1∶1mg/mL、1.5∶1mg/mL)，碳膦催化材料可捕获甲醛气体并通过三(3-羟基丙基)膦催化作用促使甲醛向甲醇转化。高能电子束可加快三(3-羟基丙基)膦异相催化过程。最终，甲醛转化率均大于83％，甲醇生成率均大于81％，当活性炭粉末和三(3-羟基丙基)膦固液比大于1.5∶1mg/mL(如表1中，活性炭粉末和三(3-羟基丙基)膦固液比＝1.55∶1mg/mL、1.65∶1mg/mL、1.75∶1mg/mL以及表1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种将甲醛快速转化为甲醇的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1）分别称取活性炭粉末和三(3-羟基丙基)膦，混合陈化12~36小时，风干得碳膦催化材料；/n2）将碳膦催化材料填充在低温等离子体处理器的介质挡板与低压电极之间，先通入氩气5~15min，然后通入甲醛气体、氢气、氩气混合气体，同时进行低温等离子体照射，经过填充的碳膦催化材料的气体通过冷凝回收，即获得甲醇溶液。/n

【技术特征摘要】
1.一种将甲醛快速转化为甲醇的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）分别称取活性炭粉末和三(3-羟基丙基)膦，混合陈化12~36小时，风干得碳膦催化材料；
2）将碳膦催化材料填充在低温等离子体处理器的介质挡板与低压电极之间，先通入氩气5~15min，然后通入甲醛气体、氢气、氩气混合气体，同时进行低温等离子体照射，经过填充的碳膦催化材料的气体通过冷凝回收，即获得甲醇溶液。


2.根据权利要求1所述的将甲醛快速转化为甲醇的方法，其特征在于，所述步骤1）中的活性炭粉末过200~400目筛。


3.根据权利要求1所述的将甲醛快速转化为甲醇的方法，其特征在于，所述步骤1）活性炭粉末和三(3-羟基丙基)膦的固液比为0.5~1.5:1mg/mL。
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄涛，宋东平，藏颖，邓锦涛，苏治宇，张克，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32