[发明专利]同时室温去除空气中臭氧和甲醛的介孔氧化锰纳米材料

说明书

技术领域

本发明为一种同时室温去除空气中臭氧和甲醛的介孔氧化锰纳米材料，涉及催化和环境保护领域。其特征在于采用蜂窝陶瓷为载体，以先负载氧化介孔锰为基体。介孔氧化锰基体的特征在于介孔的孔径为0.5-3nm。本发明的整体型催化剂在室温常湿的真实环境中能够完全同时去除空气的甲醛和臭氧，且具有高效、稳定性并无副作用。

本发明还涉及上述的介孔材料制备方法。

本发明还涉及上述介孔材料应用于各种环保和空气臭氧和甲醛的治理。

背景技术

世界卫生组织国际癌症研究机构(IARC)组织指出：甲醛会导致人类致癌。研究表明甲醛是一种毒性较高的物质，短期接触甲醛会刺激眼睛、鼻腔和呼吸道而引起过敏反应；长期接触低剂量甲醛可以增加鼻咽癌、白血病和死亡的可能性。因此，中国的《室内空气质量标准》(GB/T18883-2002)中规定室内空气中甲醛的卫生标准(最高允许浓度)分别为0.10mg/m³。同时，随着我国经济的高速发展和人民生活水平的稳步提高，由房地产业和建筑业带动的装修行业得到了空前的发展。因此，由装修或装饰材料而造成的空气甲醛污染问题非常严重，已经引起全球极大的关注，去除室内空气中的甲醛迫在眉睫。

净化甲醛的方法包括吸附法、化学反应法、光催化氧化法和热催化氧化法。目前短期有效的方法是化学反应法，即通过化学试剂与甲醛反应以达到去除空气中甲醛的目的，其主要缺点在于化学试剂有时候不安全、成本高、只能一次使用，且可能会造成二次污染等。常见化学反应法：甲醛通过高锰酸钾负载载在氧化铝或活性碳做成的过滤器后生成水和二氧化碳。但是，一旦高锰酸钾完全消耗，过滤器将会失效。往空气中喷洒化学试剂或将污染空气通入化学试剂溶液，由化学试剂(如有机胺等)与甲醛络合生成其它的化学物质。除了成本高外，更甚是其所生成的物质本身具有一定毒性，通常以气溶胶颗粒的形式悬浮在空气中，可以直接进入人体呼吸道和肺部，对人体危害更大。

吸附法和光催化法也是常用的去除室内空气中甲醛污染物的方法。吸附法中常用吸附剂是高比表面的多孔材料如活性炭、分子筛等。因为甲醛的沸点较低(-20℃)且分子具有较强的极性，所以在室温下气态甲醛在表面为非极性或者弱极性活性炭等材料上的吸附一般较弱，因此在实际应用中通常需要对这些多孔物质进行改性，以提高其吸附能力。然而，无论物理吸附还是化学吸附都不能得到满意的效果，因为当吸附和脱附达到平衡时(即吸附饱和时)，吸附剂就会失效或需要再生。光催化氧化甲醛技术中常用的催化剂是TiO₂，然而在真实条件较低的甲醛去除效率限制了光催化广泛的应用。还有，通过对光催化剂的改性使其电子的迁移发生在可见光区等问题仍然是光催化降解甲醛乃至整个光催化领域中亟待解决的问题。

同时，室温或低温催化法分解臭氧是一种长效的方法。中国专利CN90106857采用锰、铜氧化物作活性组分来分解臭氧。CN1259398A、CN117167674A和CN1357348A都是采用锰、铜、镍和铁氧化物作为活性组分，负载在活性碳上来分解臭氧。CN1785507A采用各种锰氧化物作为催化剂在常温下分解臭氧获得了较好的效果。中国专利CN1812835A采用锰与锆或铁中的一种或两种作为催化剂，在150℃得到较好的分解臭氧的效果，需要额外的能量补充。可见，氧化锰是一种优良的臭氧去除剂，不同晶体结构的氧化锰对臭氧的分解性能具有很大的差异。同时，氧化锰的抗湿能力和低温活性都有待于提高。

催化氧化法降解空气中的甲醛是一种长效的方法，最为关键的是催化剂。美国专利US 5585083发明了一种Pt/SnO₂催化剂去除空气中甲醛的方法，催化剂在没有额外的能量输入和-5～25℃条件下，用空气中的氧为氧化剂将健全完全降解成二氧化碳和水。但是，催化剂中高的Pt含量(12％)导致催化剂的价格昂贵，因此这种催化剂只能应用一些军工或者宇航等特殊场合。中国专利CN1698932A用负载金的稀土氧化物或者吸附复合氧化物催化剂，在80-100℃温度下能获得较好的效果，但是高湿度和热能的输入是该催化剂广泛应用的最大障碍。