[发明专利]纳米摩擦电荷增强锰氧化物/高分子复合材料去除甲醛的装置和方法

说明书

纳米摩擦电荷增强锰氧化物/高分子复合材料去除甲醛的装置和方法，属于甲醛去除技术领域。通过电纺丝+水热技术制备大面积锰氧化物/高分子纳米复合材料(MnO_x/PIPA纳米复合结构纤维网)，并通过增加催化剂表面电荷方面来协同锰氧化物催化氧化，提高氧气向活性氧的转化产率，促进中间产物分解，从而提升甲醛催化分解速率和催化稳定性。

技术领域

本发明属于甲醛去除技术领域，尤其涉及一种纳米摩擦电荷增强 由电纺丝+水热技术制备的锰氧化物/高分子纳米复合材料去除甲醛 效率和寿命的方法和装置。

背景技术

近年来，随着人们生活质量的提高，室内空气污染问题逐渐引起 人们的关注。其中气态污染物一般来源于室内装饰材料和家具中甲醛 (HCHO)、甲苯等挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs) 的释放，它能够刺激人体神经中枢，引起各种呼吸道疾病甚至癌变。 甲醛是室内污染物中最重要的有害物质，早在2004年，世界卫生组 织(WHO)已将其认定为一类致癌物质。因此，我国《室内空气质量 标准》明确规定室内甲醛浓度不超过0.1mg/m³(GB/T18883-2002) 为安全居住环境。然而，研究表明，大部分国家新装修房屋普遍存在 甲醛超标的现象，其超标的甲醛浓度普遍在0.1ppm10 ppm，属于 典型的低浓度甲醛污染问题。《2019中国室内空气污染状况白皮书》 同样指出，装修完成后3年内的房屋中室内空气质量不合格率达74％， 而办公室中更是高达90％。因此，如何高效、长效的将室内低浓度甲 醛降低至国家标准(0.08ppm)以下，对实现人民日益增长的美好生 活需要具有重要意义。

目前可以通过物理吸附、TiO₂光催化、锰氧化物化学催化等方法 来去除甲醛。其中物理吸附主要以多孔活性炭为主，甲醛不会被分解， 只是简单的被吸附在多孔部位，会出现吸附饱和现象，一段时间后还 会产生脱附现象，造成二次污染，使用寿命有限。TiO₂光催化降解HCHO 只能在有强烈的光照情况下才能实现，不利于室内去除甲醛。而以锰 氧化物(MnO_x)为代表的过渡金属氧化物，因成本低廉、无毒无害、 室温催化效率高等优点，在甲醛催化领域受到广泛关注。

目前研究者都是通过改善MnO_x催化剂材料的组成和结构，从而在 一定程度上提升催化反应速率，但是随着催化反应进行，中间产物(如 甲酸、甲酸盐等)在催化剂表面的积累导致催化速率和催化稳定性降 低，因而催化剂很难满足实际应用中长期使用需求。并且大面积负载 型催化剂的高校合成也是一项难题。所以，如何高效制备大面积负载 型催化剂并提高MnO_x在室温下催化速率和催化稳定性是实现室内低 浓度甲醛(≤10ppm)高效和长效降解所面临的首要问题。

发明内容

本发明通过电纺丝+水热技术制备大面积锰氧化物/高分子纳米复 合材料(MnO_x/PIPA纳米复合结构纤维网)，并通过增加催化剂表面 电荷方面来协同锰氧化物催化氧化，提高氧气向活性氧的转化产率， 促进中间产物分解，从而提升甲醛催化分解速率和催化稳定性。

本发明通过静电纺丝+水热原位生长，创新性的构筑出室温条件 下对室内低浓度甲醛具有高催化效率和寿命的新型MnO_x/高分子纳米 复合结构纤维材料催化剂，且适合大规模生产，具有很强的实用性。

创新的将摩擦纳米发电技术引入到MnO_x甲醛催化分解过程，通过 增加催化剂表面摩擦电荷和电场的分布，实现O₂向活性氧O*的高效 转化，提升甲醛催化效率和寿命。

设计出用于室内甲醛催化的高效级空气净化器结构，为MnO_x催化 剂的在实际生活中室内净化方面的应用奠定基础。

具体包括如下技术方案：