一种用于室内空气净化的催化剂制备方法及应用技术

一种用于室内空气净化的催化剂的制备方法，包括以下步骤：将水溶性高锰酸盐，含强酸根离子的锰盐和含弱酸根离子的锰盐各自溶解得到3种盐溶液，将这3种盐溶液混合后，进行预反应后再进行水热反应，然后经过滤、水洗、干燥和碾磨成粉处理，即得到所述用于室内空气净化的催化剂。通过调节锰盐和高锰酸盐的浓度及两种锰盐的投料比例，可调控催化剂的纳米结构。本发明专利技术的方法简单安全，产率高，制得的二氧化锰催化剂为花球状、花朵状和棒状纳米颗粒单独或混合分散的三维结构，含有丰富的大、中和微孔，因而比表面积高，表面活性位丰富，相比于单纯的纳米尺寸的二氧化锰催化剂，不仅性能显著提高，还适用于多种室内污染物。还适用于多种室内污染物。还适用于多种室内污染物。

【技术实现步骤摘要】
B: Environmental,204, Pages 147
‑
155）。通过对干燥温度的调节也可控制二氧化锰催化剂晶型和形貌。随着温度的升高，二氧化锰层间的K
+
离子和吸附水进行脱附，二氧化锰结构层坍塌后进行重构。
[0005]综上所述，二氧化锰催化剂在室内空气治理上的应用主要集中在甲醛、臭氧及TVOC等污染物上，对家庭环境中常存在的恶臭气体极少涉及。此外，现有的二氧化锰催化剂方法仍存在不少缺点：还原剂多为有机胺，不易得、成本高或对环境有害，pH值调节需要强酸或强碱，反应温度和干燥温度的控制同时会导致反应不完全或纳米粒径的增长和团聚；或者采用单一的锰盐还原体系，所制备的材料比表面积及活性都偏低，对应的催化性能不高。

技术实现思路

[0006]为克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了一种可同时高效催化分解多种室内空气污染物的催化剂，所述二氧化锰的微观结构为短棒状、花球状和花朵状单独或混合分散的三维立体结构。
[0007]具体通过以下技术方案实现：分别将水溶性高锰酸盐，含强酸根离子的锰盐和含弱酸根离子的锰盐各自溶解得到3种盐溶液，并将此3种盐溶液混合，在10
‑
50℃搅拌预反应20
‑
180min 后再进行水热反应，然后经过滤、水洗、干燥和碾磨成粉处理，即得到所述用于室内空气净化的催化剂。
[0008]可选的，所述水溶性高锰酸盐为高锰酸钾和/或高锰酸钠。
[0009]可选的，所述含强酸根离子的锰盐为硫酸锰，硝酸锰和氯化锰中的一种或多种。
[0010]可选的，所述一种含弱酸根离子的锰盐为醋酸锰和/或碳酸锰。
[0011]可选的，高锰酸盐溶液配制质量浓度为2
‑
20%。
[0012]可选的，所述的含有强酸根离子的锰盐溶液锰离子配制质量浓度为0.5
‑
10%。
[0013]可选的，所述的含有弱酸根离子的锰盐溶液锰离子配制质量浓度为0.5
‑
10%。
[0014]可选的，所述一种含有强酸根离子的锰盐和一种含有弱酸根离子的锰盐的摩尔比范围为1:0.1~10。
[0015]可选的，所述2种锰盐溶液中总锰离子和高锰酸盐的摩尔比为1：（2.0
‑
4.0）。
[0016]可选的，所述的水热反应温度范围为100
‑
180℃。
[0017]可选的，所述的水热反应反应时间范围为10
‑
24h。
[0018]可选的，所述的干燥温度为40
‑
150℃。
[0019]本申请所述的花球状、花朵状和棒状结构单分散或混合分散的催化剂不仅可以高效催化分解单一种类的有害物质，而且可以同时催化分解臭氧、甲醛、甲苯、氨气、乙醛、乙酸乙酯、乙硫醇和三甲胺，且催化分解效率达80%以上。
[0020]1、催化剂的制备方法安全简单，产率高。3种原料都是水溶性含锰化合物，溶液中锰离子99.8%沉淀为二氧化锰催化剂。
[0021]2、催化剂制备的原料种类少，不需要添加酸碱调节pH值，不需要另外添加还原剂。2种锰盐的组合不仅是锰前驱体，还是还原剂，更是pH值调节剂。由于含强酸根离子的锰盐与高锰酸盐反应生成强酸，而含弱酸根离子的锰盐与高锰酸盐反应生成弱酸，因而可以通过调节2种锰盐的比例，间接调节反应液中的H
+
离子浓度，对催化剂的晶型形貌进行调控。
调控方法简单，可重现性好。
[0022]3、催化剂材料中的各组分组成的新的结构，微观结构可以为纳米花球状，花朵状和棒状单独或混合分散，含有丰富的微孔、大孔和中孔，提高了材料比表面积，充分暴露活性中心，提高了催化性能。
[0023]4、为二氧化锰催化剂的制备和形貌调控给出了一条新的思路。
[0024]附图说明
[0025]图1 为实施例1中产物的扫描电镜（SEM）图；图2 为实施例2中产物的扫描电镜（SEM）图；图3为实施例4中产物的扫描电镜（SEM）图；图4为实施例5中产物的扫描电镜（SEM）图；图5为对比例2中产物的扫描电镜（SEM）图；图6为相同条件下不同催化剂对臭氧的去除率检测结果；图7为相同条件下不同催化剂对甲苯的去除率检测结果；图8为相同条件下不同催化剂对甲醛的去除率检测结果。
[0026]具体实施方式
[0027]下面结合具体实施案例，对专利技术的技术方案作进一步的说明：实施例1 花球状单分散二氧化锰催化剂将3.7g四水硫酸锰充分溶解于50mL纯水中，将20.6g四水醋酸锰溶解到50mL纯水中，再将34.0g高锰酸钾充分溶解于100mL纯水中，将上述三种溶液充分溶解待用。快速混合上述三种溶液并搅拌，将上述混合溶液在30℃下搅拌反应0.5h后，移入水热反应釜中，110℃反应12h，过滤后得到催化剂滤渣和滤液。滤液无色澄清，测试pH值为6.5。滤液留取10ml用于ICP测试锰离子含量。将上述得到的滤渣在50℃干燥4h，碾磨成粉末待用。
[0028]如图1所示，从 SEM图可知，所合成的二氧化锰催化剂为单分散纳米级花球状3维立体结构。花球直径仅100nm，花瓣厚10nm。经BET结果显示，所合成的催化剂材料比表面高达270m2/g，远高于普通方法制备的二氧化锰催化剂材料。
[0029]将滤液进行ICP元素分析，其中Mn离子含量0.1mg/L，说明该方法中锰前驱体利用率高。
[0030]1、催化剂对臭氧的去除性能在催化评价装置内进行。
[0031]取0.5g上述制备的催化剂材料置于直径为14 mm的不锈钢反应管内砂芯上进行臭氧催化分解性能评估。经过反应管的气体臭氧浓度为200 mg/m3，气体流量为1 L/min，反应温度为15℃。反应气经过反应管与管中的催化剂充分反应后，由臭氧检测仪检测臭氧浓度。其24小时去除率检测结果见图6。
[0032]2、催化剂对甲苯的去除性能在催化评价装置内进行取0.5g上述制备的催化剂材料置于直径为14 mm的不锈钢反应管内砂芯上进行甲苯催化分解性能评估。经过反应管的气体甲苯浓度为200 mg/m3，气体流量为1 L/min，反应
温度为35℃。反应气经过反应管与管中的催化剂充分反应后，由VOC检测仪检测甲苯浓度。其24小时去除率检测结果见图7。
[0033]3、催化剂对甲醛的去除性能在催化评价装置内进行取0.5g上述制备的催化剂材料置于直径为14 mm的不锈钢反应管内砂芯上进行甲醛催化分解性能评估。经过反应管的气体甲醛浓度为10 mg/m3，气体流量为2 L/min，反应温度为25℃，空气湿度为40
‑
60%，反应气经过反应管与管中的催化剂充分反应后，连接甲醛吸收液，通过国标规定的紫外分光光度法分析出口甲醛浓度。其24小时去除率检测结果见图8。
[0034]4、催化剂对氨气、乙醛、乙硫醇、乙酸乙酯和三甲胺的去除性能在1立方有机玻璃测试舱内进行3.0g催化剂装入带有风机的反应罐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于室内空气净化的催化剂，其特征在于，所述二氧化锰的微观结构为花球状、花朵状和棒状单分散或混合分散的三维立体结构。2.一种如权利要求1所述的用于室内空气净化的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将质量浓度为2
‑
20%的水溶性高锰酸盐，质量浓度为0.5
‑
10%含强酸根离子的锰盐和质量浓度为0.5
‑
10%含弱酸根离子的锰盐各自溶解得到3种盐溶液，并将此3种盐溶液混合后，在10
‑
50℃搅拌预反应20
‑
180min，再进行水热反应，然后经过滤、水洗、干燥和碾磨成粉处理，即得到所述用于室内空气净化的催化剂。3.根据权利要求2所述的催化剂的制备方法，其特征在于，所述水溶性高锰酸盐为高锰酸钾和/或高锰酸钠。4.根据权利要求2所述的催化剂的制备方法，其特征在于，所述含强酸根离子的锰盐为硫酸锰，硝酸锰和氯化锰...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClB零一J二三三四，
申请(专利权)人：浙江新火原新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：