[发明专利]原位生长负载层状氧化锰的碳纤维毡及其合成方法与应用

说明书

本发明涉及原位生长负载层状氧化锰的碳纤维毡及其合成方法与应用，所述负载层状氧化锰的碳纤维毡材料，包括碳纤维毡、以及原位生长于所述碳纤维毡中碳纤维表面的δ相氧化锰纳米片，所述δ相氧化锰纳米片具有层状晶体结构。本发明使用硝酸前处理碳纤维毡载体，再通过高锰酸钾溶液与活化后的碳纤维毡在酸性条件下反应，原位生成负载于碳纤维山的氧化锰材料，该方法具有简单易行，环境友好，成本低廉等特点。

技术领域

本发明属于环境催化领域，涉及一种负载层状氧化锰的碳纤维毡材料，尤其涉及一种用作催化氧化低浓度甲醛的新型，绿色、高效的晶化催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，由于酚醛树脂、脲醛树脂等廉价化工原料被广泛添加入涂料及板材粘合剂等产品中，室内甲醛污染问题日益严重。众所周知，甲醛有强烈的刺激性，是一种致畸致癌物。因此，为了人体健康，去除甲醛势在必行。

目前，室温下去除甲醛的主要手段包括吸附、等离子体氧化、催化氧化(燃烧)、光催化氧化等。热催化氧化法是利用高效能的催化剂将VOCs催化降解成CO₂和H₂O，它具有催化效率高、无二次污染、操作易控制等优点，是一种极具前景的技术。用于去除VOCs的催化剂主要有过渡金属氧化物催化剂和贵金属负载催化剂两种。常见的过渡族金属氧化物催化剂有Co₃O₄、MnO_x、CeO₂等。贵金属催化剂有铂、钯、金、银等，它们通常被负载在过渡金属氧化物或者它们的混合物上。相比贵金属催化剂，过渡族金属氧化物催化剂明显具有价格便宜、储量多等优点。

在众多的过渡金属氧化物中，锰的氧化物由于便宜，无毒等特性，广泛应用在许多催化反应中，如CO氧化等。氧化锰的众多晶型中，尤其以Birnessite即δ-MnO2的催化效果为佳，它是以MnO6正八面体为基团形成的层状结构，氧化锰层间为一定数量的水分子和不同的阳离子(例如Na+、K+、Ca2+)。Birnessite独特的层状结构使其成为一个高效催化剂被用于去除一氧化碳及挥发性有机化合物(VOC)。张等(Zhang J,Li Y,Wang L,etal.Catalytic oxidation of formaldehyde over manganese oxides with differentcrystal structures[J].Catalysis Science&Technology,2015,5(4):2305-2313.)发现δ-MnO₂催化剂在去除甲醛时比α，β及γ-MnO2具有更高的催化活性。

活性碳纤维材料是近年来非常热门的材料之一，它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，具有微孔结构，比较高的比表面积，丰富的表面基团，有利于甲醛气体的吸附，能够提供充足的空间和足够分散的活性位点。

甲醛是一种典型的有害有机化合物。一方面，它对环境及人体是有害的，会引起麻醉疾病和增加光化学烟雾污染。另一方面，毫无疑问，催化氧化策略是一种最具潜力的在室温下高效率去除甲醛的方法。施等人发现MnxCo3-xO4催化剂在75℃下可以完全催化氧化甲醛，并且催化剂寿命长达50小时。周等人(周昕彦,张芃,蒋文,等.锰氧化物改性活性炭去除空气中甲醛[J].环境工程学报,2015,9(12):5965-5972.)通过浸渍法成功制备了MnOx/GAC催化剂，利用活性炭巨大的比表面积吸附空气中的甲醛，提高了锰氧化物的催化反应效率。但是采用的活性炭吸附剂容易造成二次污染的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供了一种新型的去除低浓度甲醛的催化剂及其制备方法和应用。

一方面，本发明提供了一种负载层状氧化锰的碳纤维毡材料，包括碳纤维毡、以及原位生长于所述碳纤维毡中碳纤维表面的δ相氧化锰纳米片，所述δ相氧化锰纳米片具有层状晶体结构。