[发明专利]用于甲醛催化氧化反应的活性炭纤维负载的双金属催化剂及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种用于甲醛催化氧化反应的活性炭纤维负载的双金属催化剂及其制备和应用。所述的催化剂通过包括如下步骤的方法制备：通过溶液浸渍法将钯前驱体和贱金属助剂负载到活性炭纤维上，并且在浸渍前先对钯前驱体和贱金属助剂的混合溶液和活性炭纤维的混合物进行静电场处理，使金属活性组分在活性炭纤维表面高度分散并有效锚定；然后在惰性气氛下于200～600℃进行高温焙烧，得到活性炭纤维负载的双金属催化剂；所述的贱金属助剂为氯化铜、氯化锌、氯化锡、氯化钴、氯化锰等中的一种。本发明提供的催化剂具有高比表面积且能在室温条件高效催化氧化甲醛使其生成对环境无毒的水和二氧化碳。

(一)技术领域

本发明属于一种用于甲醛催化氧化反应的催化剂及其制备方法和应用，尤其涉及一种活性炭纤维负载的双金属催化剂及其制备和应用。

(二)背景技术

甲醛(HCHO)是室内环境中最常见、最主要的挥发性有机化合物之一，在室温下是一种无色、易燃、高活性的气体，主要来源于涂料等装饰装修材料。接触甲醛可能导致以下几种症状：眼睛、鼻子或喉咙刺激，咳嗽和严重过敏反应等，甲醛与蛋白质氨基结合导致细胞突变，它已被世界卫生组织归类为致癌、致畸性物质。甲醛不仅严重影响人体健康，还对环境造成污染。考虑到甲醛对人体的有害影响以及日益严格的环境法规，探索一种新型甲醛净化技术和净化材料、有效消除室内甲醛污染成为改善人们生活环境的重要任务。

目前处理甲醛的方法，按照反应原理细分主要分为物理法和化学法，物理法包括吸附法、膜分离法、冷凝法等通过物理方式吸附处理气态甲醛的方法；而化学法主要是通过生化或者化学的方法，将甲醛吸收分解，进而达到净化甲醛的目的，这主要包括生物降解法、燃烧法、光催化法和催化氧化法等。

目前，国内外研究了一些去除甲醛的方法，包括光催化氧化法、等离子体技术、吸附法、生物降解法和热催化氧化法。其中，光催化氧化法和等离子体技术虽然可以有效净化室内甲醛，但在净化过程中会受到光源的限制及产生有害副产物；吸附法通常采用活性炭或分子筛作为吸附剂，由于吸附容量、失活和再生问题，该方法的使用受到限制；生物降解法在一定程度上可以降解甲醛但很微量，吸收有害物质的能力有限；热催化氧化法是在较低温度下，催化剂以空气中的氧为氧化剂将甲醛氧化为无毒的CO₂和H₂O，具有去除效率高、氧化能力强、设备简单、操作条件易控制、无二次污染等优点，是一种最有应用前景的方法。在HCHO的催化氧化反应过程中，首先在吸附作用下，将HCHO吸附到催化剂的表面，然后吸附的HCHO会与活性氧物种进行反应，根据催化剂生成的不同活性氧物，反应生成不同的中间体，例如：DOM、CO、甲酸盐、碳酸根等。中间体再进一步反应为H₂O和CO₂。

专利CN108295841A报道了一种甲醛氧化催化剂的制备方法，包括如下步骤：将两种极性不同的溶剂按照一定比例配制成特种溶液；将含有沉淀剂和表面活性剂加入到特种溶液中得到混合溶液；加入过渡金属盐的水溶液得到沉淀，将得到的沉淀物洗涤后干燥得催化剂前驱体；焙烧所述催化剂前驱体得到甲醛氧化催化剂。该发明催化剂活性高，在室温下即可将室内空气中的甲醛去除。但该催化剂制备方法比较复杂，不易操作。

专利CN109529821A公开了一种用于热催化甲醛降解的钯基催化剂。所述Pd/TiO₂催化剂，以催化剂的重量为100％计，Pd的质量分数为0.1％～0.4％,制备方法如下：1)将TiO₂载体进行还原处理；2)将硝酸钯溶液中而后加入适量TiO₂；3)将所述溶液调节pH并还原；4)将所得混合物进行干燥得到所需的Pd/TiO₂甲醛氧化催化剂。该发明制得的Pd/TiO₂催化剂是锐钛矿(ATiO₂)物相结构，所形成Pd/TiO₂表现出较好的甲醛氧化催化性能，但仍然面临一些问题，如副反应较多，不易控制等。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种高比表面积且能在室温条件高效催化氧化甲醛使其生成对环境无毒的水和二氧化碳的催化剂及其制备方法和应用。