一种电注入增强多孔导电气凝胶/催化剂复合材料室温去除甲醛方法技术

一种电注入增强多孔导电气凝胶/催化剂复合材料室温去除甲醛方法，属于空气净化领域。通过原位负载催化剂制备了多孔导电气凝胶/催化剂复合材料，通过引入外加电场使催化剂的表面吸附氧获得电子成为可以参与到甲醛催化氧化的活性氧物质，提高了催化剂的甲醛催化氧化效率，减少了中间产物的产生，制备方法简单易行，操作方便，能够进行大规模的实际应用。能够进行大规模的实际应用。

【技术实现步骤摘要】
一种电注入增强多孔导电气凝胶/催化剂复合材料室温去除甲醛方法


[0001]本专利技术属于甲醛去除
，尤其涉及一种电荷注入增强多孔导电气凝胶/催化剂复合材料去除甲醛效率和寿命的方法和装置。

技术介绍

[0002]随着城镇化进程的不断推进，越来越多的人乔迁新居，但由此带来的室内空气污染问题也日益严重。甲醛(HCHO)作为室内空气污染的罪魁祸首之一，目前室内甲醛浓度通常是低于10ppm的低浓度甲醛，而长期持续接触低浓度甲醛会导致多种呼吸道疾病的产生，如：鼻炎、气管炎、肺炎等，我国的室内甲醛浓度国家标准是不超过0.08ppm，而据调查显示，装修完成后3年内的房屋中室空气质量不合格率达74％，办公室的室内空气质量不合格率达到90％。所以，对于室内甲醛的去除刻不容缓。
[0003]目前，处理甲醛的方法主要有生物法、物理吸附法、等离子体法、光催化氧化和热催化氧化法。
[0004]生物法主要是利用植物(如吊兰)来达到甲醛的吸附和净化的作用，通常需要大量的植物才能去除少量的甲醛，性价比较低。物理吸附法是利用多孔活性炭的强大的吸附特性，对甲醛进行吸附以达到减少室内甲醛浓度的方法，但由于吸附并不是去除，而且在达到吸附饱和后有脱附的可能，会造成二次污染。等离子体法是利用高压击穿空气产生活性基团和高能电子，这些活性基团和高能电子能够通过与甲醛发生化学反应以达到去除甲醛的目的，但在应用过程中存在高压电的安全问题，且容易产生臭氧对人体造成伤害，不容易室内的大规模应用。光催化法是利用光催化剂(如TiO2)在光照的条件下产生活性基团，与甲醛发生化学反应起到降解甲醛的作用，但需要持续的光照条件，不适应用于室内甲醛的降解。
[0005]目前，甲醛的去除最有前景的方法就是催化氧化法，甲醛在催化剂的作用下生成二氧化碳和水，不产生其他的有害产物。众所周知，决定甲醛的催化氧化过程顺利的进行离不开活性氧(O2‑
、O2‑
、O
‑
、
…
)的产生，根据M
‑
V
‑
K机制，甲醛的催化起主要作用的是氧气获得电子后形成的活性氧物质，而氧气获得电子途径主要来源于氧气吸附在催化剂表面成为吸附氧，然后催化剂提供电子使吸附氧成为活性氧物质，进而参与到甲醛的催化反应中来。
[0006]所以，关键就在于如何使更多的氧气吸附到催化剂的表面，并获得电子成为活性氧，我们根据这两个前提条件，提出了两点策略。一是：以气凝胶为催化剂基底，大大提高了催化剂的比表面积，同时气凝胶含有丰富的孔隙，为氧气和甲醛气体的流通和吸附提供了条件；二是：通过加入导电填料，使基底具有导电性，通过外加电流(直流电、交流电、脉冲电流)使电子流经催化剂，从而使氧气得失电子更加方便。

技术实现思路

[0007]本专利技术通过冷冻干燥法制备了三维导电气凝胶催化剂载体，通过原位负载催化剂
制备了多孔导电气凝胶/催化剂复合材料，通过引入外加电场使催化剂的表面吸附氧获得电子成为可以参与到甲醛催化氧化的活性氧物质，提高了催化剂的甲醛催化氧化效率，减少了中间产物的产生，制备方法简单易行，操作方便，能够进行大规模的实际应用。
[0008]一种电注入增强多孔导电气凝胶/催化剂复合材料室温去除甲醛方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009](1)制备甲醛氧化金属氧化物催化剂；
[0010](2)将制备气凝胶的载体材料制备成浆料，然后加入导电填料、金属氧化物催化剂，制备成多孔导电气凝胶/催化剂复合材料，所述的多孔导电气凝胶/催化剂复合材料为平面的二维结构，或三维的块状结构；优选采用液氮冷冻的方式制备多孔结构；
[0011](3)将步骤(2)的多孔导电气凝胶/催化剂复合材料与二维多孔电极复合成多孔导电催化复合材料；具体如下：
[0012]步骤(2)三维的块状结构多孔导电气凝胶/催化剂复合材料的相背的两端面复合上二维多孔电极，或三维的块状结构多孔导电气凝胶/催化剂复合材料的相背的两端面以及复合材料体内部位置复合多个二维多孔电极，多个二维多孔电极平行，且相互之间具有间距；将二维多孔电极与电源的正负极连接，使得相邻的两二维多孔电极连接的电源正负极相反；
[0013]或步骤(2)平面的二维结构多孔导电气凝胶/催化剂复合材料与平面的二维结构的多孔电极叠加复合在一起，然后一起卷成卷状；
[0014]将多孔气凝胶/催化剂复合材料制成平面二维结构的气凝胶毡，在其上下两个面分别贴上多孔电极后，再在多孔电极的下方贴上一层多孔气凝胶/催化剂复合材料制成的平面二维结构气凝胶毡，形成四层结构，即多孔电极
‑
气凝胶毡
‑
多孔电极
‑
气凝胶毡，将其卷成类似于卷轴一样的形状，在多孔电极上引出导线用于接在恒压电源的两端，恒压电源的选择有直流电源、交流电源和脉冲电源等，此处采用直流电源施加外加电压，外加电压范围在0
‑
20V如电压控制在10V，然后进行甲醛的动态测试和静态测试。
[0015](3)电注入增强室温去除甲醛的方法，将步骤(2)制备的多孔导电催化复合材料与电源连接，按照步骤(2)所述的与电源的连接方式进行连接，然后室温下从三维的块状结构多孔导电气凝胶/催化剂复合材料的一端面向另一端面的方向进行通入甲醛和空气，使得甲醛和空气的气流方向垂直进行甲醛氧化；或者卷状结构的一端端面通入甲醛和空气进行甲醛氧化。
[0016]步骤(2)多孔导电气凝胶/催化剂复合材料中导电填料占复合材料绝干后的质量比为20
‑
22％，金属氧化物催化剂占复合材料绝干后的质量比为64
‑
65％。
[0017]本专利技术可供选择的催化剂有锰氧化物(MnO
X
)、二氧化铈(CeO2)、四氧化三钴(Co3O4)等。
[0018]本专利技术的气凝胶载体材料采用表面携带大量负电荷的绝缘材料，可供选择的材料有纤维素纳米纤维、芳纶纤维、PMMA纤维等；
[0019]本专利技术的导电填料选择具有良好导电性的导电粉末，可供选择的有导电炭黑、导电石墨、聚苯胺、银纳米线等；
[0020]步骤(3)中的电源为交流电或直流电等任意的电源形式。
[0021]电源的电压范围为0
‑
20V。
[0022]电注入增强多孔导电气凝胶/催化剂复合材料室温去除甲醛的机理：
[0023]催化剂催化氧化甲醛的步骤大体可以分为三步，第一步是甲醛分子和氧气分子吸附在催化剂的表面，第二步是甲醛分子被活性氧氧化为中间产物(碳酸盐或甲酸类物质)，第三步是中间产物被活性氧进一步氧化成为终产物(二氧化碳和水)。这其中的关键就在于电子使氧气氧化为活性氧，由于所选载体材料为表面携带大量的负电荷的绝缘材料，通电后以负电荷逆向电场的方式形成电流，当这些负电荷经过催化剂时，为了使电流的继续流通，电子会注入催化剂中，在催化剂上形成电子电流，同时价电子填补空穴形成顺向电场的空穴电流，我们知道催化剂催化甲醛的关键本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电注入增强多孔导电气凝胶/催化剂复合材料室温去除甲醛方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备甲醛氧化金属氧化物催化剂；(2)将制备气凝胶的载体材料制备成浆料，然后加入导电填料、金属氧化物催化剂，制备成多孔导电气凝胶/催化剂复合材料，所述的多孔导电气凝胶/催化剂复合材料为平面的二维结构，或三维的块状结构；优选采用液氮冷冻的方式制备多孔结构；(3)将步骤(2)的多孔导电气凝胶/催化剂复合材料与二维多孔电极复合成多孔导电催化复合材料；具体如下：步骤(2)三维的块状结构多孔导电气凝胶/催化剂复合材料的相背的两端面复合上二维多孔电极，或三维的块状结构多孔导电气凝胶/催化剂复合材料的相背的两端面以及复合材料体内部位置复合多个二维多孔电极，多个二维多孔电极平行，且相互之间具有间距；将二维多孔电极与电源的正负极连接，使得相邻的两二维多孔电极连接的电源正负极相反；或步骤(2)平面的二维结构多孔导电气凝胶/催化剂复合材料与平面的二维结构的多孔电极叠加复合在一起，然后一起卷成卷状；将多孔气凝胶/催化剂复合材料制成平面二维结构的气凝胶毡，在其上下两个面分别贴上多孔电极后，再在多孔电极的下方贴上一层多孔气凝胶/催化剂复合材料制成的平面二维结构气凝胶毡，形成四层结构，即多孔电极
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气凝胶毡
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多孔电极
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气凝胶毡，将其卷成类似于卷轴一样的形状，在多孔电极上引出导线用于接在恒压电源的两端，恒压电源的选择有直流电源、交流电源和脉冲电源等，此处采用直流电源施加外加电压，外加电压范围在0
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20V,然后进行甲醛的动态测试和静态测试；(3)电注入增强室温去除甲醛的方法，将步骤(2)制备的多孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩昌报，方得才，郭冰磊，鲁元刚，郑嘉煜，赵文康，严辉，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：